电子陶瓷材料介绍中科大.ppt

电子陶瓷材料 绪 论 现代陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，是航天、新能源、新材料、微电子、激光、海洋工程和生物工程等高新技术的重要组成部分和不可缺少的物质基础，也是当前高技术竞争的热点之一。 功能陶瓷是利用其特有的电、磁、声、光、热、弹等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现特定的使用功能。 ●电子陶瓷的主要化学结合力： 离子键及共价键 ●化学组成主要有： 碳、氧化物、氮化物、碳化物以及硼化物等 电子陶瓷——无机多晶体 微观结构上，陶瓷是介乎单晶与玻璃之间的一类物质 ●电子陶瓷晶相的晶体结构： 单质材料主要有石墨和金刚石结构； AB型化合物主要有NaCl（岩盐）型结构、立方ZnS（闪锌矿）型结构、六方ZnS（纤维锌矿）型结构等； AB2型化合物主要有CaF2（萤石）型结构、TiO2（金红石）型结构等； A2B3型化合物则以α-Al2O3（刚玉）型结构为代表； ABO3型化合物主要有CaTiO3（钙钛矿）型结构、FeTiO3（钛铁矿）型结构及CaCO3（方解石）型结构； AB2O4型化合物最重要的结构是尖晶石结构，典型材料包括MgAl2O4、MnFe2O4、ZnFe2O4等。 结构与分类 从使用功能分类，电子陶瓷的主要种类包括绝缘陶瓷、介质陶瓷、微波陶瓷、铁电与压电陶瓷、热释电陶瓷、电光陶瓷、电致伸缩陶瓷、敏感陶瓷、高导热陶瓷、导电陶瓷、超导陶瓷等。 制备工艺 电子陶瓷块体材料的常规制作工艺主要包括制粉、成型、烧结工艺。根据实际应用需求，还可以采用热压烧结工艺或填充烧结工艺制备无气孔的透明陶瓷或气孔率很高的多孔陶瓷。新近发展起来的电子陶瓷薄膜材料的制备工艺主要有射频磁控溅射、溶胶-凝胶法，脉冲激光沉积、金属氧化物气相沉积等工艺。 电子陶瓷特殊效能的开发主要来源于对复杂多元氧化物的化学组成、物相结构、工艺、性能和使用效应之间相互关系的系统研究，其性能的调节和优化可借助离子置换、掺杂改性及工艺控制手段来实现。 近年来取得重要进展的技术领域： 高纯超微粉体技术 致密化成型及烧结技术 陶瓷薄膜制备技术 材料分析及测试技术 对材料制备工艺的反应过程、表面与界面的结构与性质、显微结构的形成与变化以及这些因素对陶瓷性能的影响有了更深入的了解。 开拓了新的材料研究领域： 电子陶瓷薄膜 超晶格材料 复合材料 纳米陶瓷材料 机敏材料及智能材料等 电子陶瓷材料的研究开始从经验式的探索，逐步走向按所需性能进行材料设计，对电子陶瓷性能的开发和应用起到了很大的促进作用。 一般而言，由主晶相性质决定的陶瓷特性主要有介电性、铁电性、电子导电性、离子导电性、超导电性、热导性、光导性、电致变色性、电致伸缩性等；经极化处理的铁电陶瓷可具有压电性、热释电性、电光特性等；电子陶瓷的温度、气氛、湿度、电压等敏感特性除与陶瓷主晶相组成相关外，还受到晶界结构与性质的很大影响。 典型材料与应用 电子陶瓷的典型材料及应用示例 种 类 典型材料及形态 重要应用示例 绝缘陶瓷 Al2O3、AlN、BeO(薄片、膜状多层、条状或异形体) ? 集成电路(IC)衬底、微波大功率器件散热支撑件、多芯片组装(MCM)用基板及封装 介质陶瓷 BaTiO3、(MgCa)TiO3、 (薄片、膜状多层) 高比容电容器、射频高功率电容器、抗电磁干扰滤波器 微波陶瓷 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、BaO-TiO2-Nd2O3（薄片） 微波、毫米波介质谐振器(DRO)、微波电路基片、介质波导及微波天线 铁电陶瓷 ? Pb(ZrxTi1-x)O3、PbTiO3(经极化的烧结体或薄膜) 铁电阴极、非易失性抗辐射铁电随机存储器(FRAM)