1、1、特殊陶瓷工藝第三功能性陶瓷、材料科學(xué)及工程學(xué)院、2、功能性陶瓷在應(yīng)用中主要利用其鄭智薰機(jī)械性能，即電、磁、光、熱、化學(xué)、生物等直接效果及其結(jié)合效果提供的一個(gè)或多個(gè)特性，可以使用任何功能的材料。壓電、壓電、熱電、電光、聲光、磁光等功能。功能陶瓷已廣泛應(yīng)用于能源開發(fā)、宇宙技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。本課程重點(diǎn)介紹了一般功能陶瓷材料的結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用、生產(chǎn)工藝和最新發(fā)展，重點(diǎn)介紹了工藝特性和性能之間的關(guān)系。3、通過對(duì)功能性陶瓷工藝研究現(xiàn)狀、復(fù)雜多元化合物系統(tǒng)的化學(xué)、物理和趙寅成、結(jié)構(gòu)、特性及使用效率之間相互關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)了大量具有優(yōu)良性能或

2、特殊功能的功能性陶瓷。功能陶瓷通過離子置換、摻雜等方法調(diào)節(jié)和優(yōu)化其特性，開始逐步進(jìn)行從實(shí)證探索到必要性能的材料設(shè)計(jì)。4，功能陶瓷的應(yīng)用及展望，目前，功能陶瓷主要用于電、磁、光、聲、熱、化學(xué)等信息的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理和存儲(chǔ)，電子信息、集成電路、計(jì)算機(jī)、能源工程、超聲波能量轉(zhuǎn)換、人工智能、生物科技等諸多信息，5，可以根據(jù)功能陶瓷結(jié)構(gòu)曹征和可控性制造超絕緣、絕緣、反導(dǎo)電、導(dǎo)電和超導(dǎo)陶瓷；(介電陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷)、功能陶瓷能量轉(zhuǎn)換和耦合特性可以制造壓電、光電、熱電、磁性和鐵電等陶瓷；(鐵電陶瓷)、熱感應(yīng)、氣體檢測(cè)、濕度敏感、減壓、磁感應(yīng)和光敏等敏感陶瓷的制造。(敏感性陶瓷，瓷器)，6，7，

3、在應(yīng)用的廣度或市場(chǎng)份額方面，在目前或今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，功能性陶瓷在現(xiàn)代陶瓷中仍將占主導(dǎo)地位。因此，功能陶瓷今后要發(fā)展成高性能、高可靠性、低損耗、多功能、超功能及智能。8，第一章介電陶瓷、介電陶瓷材料是指電阻率大于108m的陶瓷材料，能經(jīng)受強(qiáng)電場(chǎng)而不破壞。根據(jù)電場(chǎng)中的極化特性，電絕緣陶瓷和電容器陶瓷；在電場(chǎng)中，電絕緣陶瓷和電容器陶瓷；)。condor ceramics)。在這里，電容器陶瓷具有高介電常數(shù)、低介電損耗和相應(yīng)的介電常數(shù)溫度系數(shù)。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，在這種材料中接連發(fā)現(xiàn)壓電、肖戰(zhàn)、鐵電等特性，介質(zhì)陶瓷作為功能陶瓷在傳感、電聲、電光技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。9，1.1介質(zhì)陶瓷的一般特性介

4、質(zhì)是指在電場(chǎng)中可以極化的材料。介質(zhì)陶瓷用于靜電場(chǎng)或交變電場(chǎng)，它們的一般特性是電絕緣、極化和介電損耗。第一章介電陶瓷、10，1.1.1電絕緣和極化電介質(zhì)在電場(chǎng)下產(chǎn)生劉濤電荷的現(xiàn)象稱為極化。介質(zhì)陶瓷在其中分子不能脫離束縛，因此具有絕緣性，但在陶瓷內(nèi)形成偶極距離，產(chǎn)生極化，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生劉濤電荷，這稱為束縛電荷。約束電荷的面密度是極化強(qiáng)度p(強(qiáng)度)。極化強(qiáng)度不僅與外部場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)，還與介電陶瓷本身的特性有關(guān)。第一章介電陶瓷，第11章介電陶瓷，1.1.2介電損耗任何介電體在電場(chǎng)作用下，總是將電的一部分轉(zhuǎn)化為熱能，加熱介質(zhì)，在單位時(shí)間內(nèi)因熱而消耗的能量稱為損耗功率或簡(jiǎn)單的介電損耗。tan通常表示值越大，損

5、失就越大。稱為介電損耗角，物理意義是介電電場(chǎng)下介電電位差d和場(chǎng)強(qiáng)e的相位差。交流電場(chǎng)中的靜態(tài)介電常數(shù)(r=D0/E0，E0表示靜態(tài)場(chǎng)強(qiáng)；D0是靜電場(chǎng)的電位差)，由交替電場(chǎng)頻率的函數(shù)復(fù)介電常數(shù)代替。沒有介電損耗需要很長(zhǎng)時(shí)間，復(fù)常數(shù)是實(shí)數(shù)，有損耗的話復(fù)常數(shù)是復(fù)數(shù)。=-j tan是適用于交流電場(chǎng)的電介質(zhì)的所有重要質(zhì)量指標(biāo)之一。遺傳損失越小越好。12，第一章介電體陶瓷，在復(fù)介電常數(shù)中，實(shí)際反映了電介質(zhì)電荷的存儲(chǔ)能力，虛擬部代表了電介質(zhì)電導(dǎo)率對(duì)電場(chǎng)能量的損失，其物理意義在單位體介質(zhì)中，單位電場(chǎng)強(qiáng)度改變一個(gè)周期時(shí)消耗的能量經(jīng)常以熱的形式消散。實(shí)際使用的電絕緣材料不是完全理想的電介質(zhì)，電阻不是無限的，由于外

6、部電場(chǎng)的作用，總有一些帶電粒子移動(dòng)，產(chǎn)生泄漏電流，泄漏電流通過介質(zhì)流動(dòng)的同時(shí)加熱介質(zhì)，從而損失電能。電導(dǎo)造成的這種遺傳損失稱為“泄漏電感損失”。13，第一章介質(zhì)陶瓷，所有介質(zhì)在電場(chǎng)中出現(xiàn)極化現(xiàn)象。除了電子，離子彈性位移極化基本上不消耗能量，其他慢極化，如李莞極化、空間電荷極化等，在極化慢慢建立的過程中克服阻力，造成能量的損失，這種損失一般稱為極化損失。極化損失與外部電場(chǎng)頻率和工作溫度密切相關(guān)，在高溫和高頻下經(jīng)常發(fā)生巨大損失。14，第一章介電陶瓷、1.2介電陶瓷的特性和分類介電陶瓷用于靜電場(chǎng)或交變電場(chǎng)，評(píng)價(jià)其特性的主要可用體積電阻、介電常數(shù)和介電損耗等參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)，介質(zhì)陶瓷可以分為電絕緣陶

7、瓷，即裝置陶瓷和電容器陶瓷。1.2.1電氣絕緣陶瓷電氣絕緣陶瓷是在電子設(shè)備上安裝、固定、支持、保護(hù)、絕緣、分離和連接各種無線零件和設(shè)備的陶瓷材料。15，第一章介電陶瓷，(1)高體積電阻(室溫下大于1012米)和高介電強(qiáng)度(大于104kV/m)。減少泄漏損失，能承受更高的電壓。(2)介電常數(shù)小(經(jīng)常小于9)。減少不必要的分布電容值，防止線路產(chǎn)生不良影響，從而保證整個(gè)機(jī)器的質(zhì)量。(3)高頻電場(chǎng)中的介電損耗必須很小(tan通常在210-49l0-3范圍內(nèi))。油田損失大會(huì)產(chǎn)生材料的熱量，提高整個(gè)機(jī)器的溫度，影響工作。此外，還可能發(fā)生一系列其他衰減現(xiàn)象。(4)機(jī)械強(qiáng)度必須高，一般彎曲強(qiáng)度為45300MP

8、a，壓縮強(qiáng)度為4002000MPa。(5)化學(xué)穩(wěn)定性好。風(fēng)化，耐水性，耐化學(xué)腐蝕，不會(huì)導(dǎo)致老化。作為設(shè)備陶瓷的要求具有以下特性：16，第一章介質(zhì)陶瓷，除了上述要求外，電絕緣陶瓷的應(yīng)用越來越廣泛，有時(shí)還需要耐機(jī)械沖擊和熱沖擊性。例如：高頻裝置陶瓷，低介電損耗和小熱膨脹系數(shù)，高導(dǎo)熱系數(shù)，必須能承受大熱沖擊。集成電路的基板材料，必須具有高導(dǎo)熱系數(shù)、適當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)、平整、高表面光潔度和涂層，或易于表面金屬化。17，第一章介質(zhì)陶瓷，1.2.2電容器陶瓷電容器，體積小，容量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高頻特性好，各種，價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于家電、通信設(shè)備、工業(yè)儀器等領(lǐng)域。陶瓷電容器是當(dāng)前快速發(fā)展的電子技術(shù)基礎(chǔ)之一，隨著

9、集成電路(IC)、大規(guī)模集成電路(LSI)的發(fā)展，預(yù)計(jì)陶瓷電容器將進(jìn)一步發(fā)展。，18，第一章介電陶瓷，19，第一章介電陶瓷，上面的表3-1-2，其中類型為鄭智薰鐵電電容器陶瓷(溫度補(bǔ)償)，高頻損耗，隨著溫度變化介電常數(shù)的線性變化，也稱為熱補(bǔ)償電容器稅；鐵電電容陶瓷(溫度穩(wěn)定性)類型的特點(diǎn)是介電常數(shù)隨溫度變化的非線性變化。半鐵電電容器陶瓷(高介電常數(shù))，儲(chǔ)能密度高，儲(chǔ)能釋放充分，可用于儲(chǔ)能電容器。類型為半導(dǎo)體電容器陶瓷(半導(dǎo)體系統(tǒng))。20，用于電容器制造的陶瓷材料的第一章介質(zhì)陶瓷必須(1)介電常數(shù)盡可能高。(2)在高頻、高溫、高壓等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠。(3)介電損失正切值小。(4)比體積電阻高1

10、010米。(5)高介電強(qiáng)度。21，第一章介電陶瓷，22，第一章介電陶瓷，1.2.3壓電陶瓷介電陶瓷與壓電陶瓷，超導(dǎo)陶瓷和鐵電陶瓷的關(guān)系如下。圖3-1-2各種介電陶瓷之間的相互關(guān)系，23，第一章介電陶瓷，1.3電絕緣陶瓷生產(chǎn)工藝，性能和應(yīng)用，1.3.1電絕緣陶瓷生產(chǎn)特性電氣絕緣陶瓷性能，需要高體積電阻，低介電常數(shù)和低介電損耗。材料的介電常數(shù)一般由材料本身的材料特性決定，因此電絕緣陶瓷生產(chǎn)主要通過特定的工藝措施控制體積電阻率和介電損耗。陶瓷材料是由晶相、玻璃相和氣相組成的多相系統(tǒng)，其電氣特性主要取決于晶相和玻璃上的趙寅成和結(jié)構(gòu)，尤其是晶界玻璃上的雜質(zhì)濃度高，在組織結(jié)構(gòu)中形成連續(xù)相，因此陶瓷的電絕緣

11、性和介電損耗性主要受玻璃的影響。24，第一章介電陶瓷，一般陶瓷材料的導(dǎo)電機(jī)制是離子導(dǎo)體。離子電導(dǎo)率還可分為固有離子電導(dǎo)率、雜質(zhì)離子電導(dǎo)率、玻璃離子電導(dǎo)率。電導(dǎo)率的通識(shí)可寫如下。其中Bi是其他導(dǎo)電形式的其他離子的電導(dǎo)率活化能。普通玻璃離子電導(dǎo)活化能小于晶體中雜質(zhì)離子電導(dǎo)活化能，固有離子電導(dǎo)活化能最大。從離子的半徑和電價(jià)來看，低成本、少量的堿金屬陽離子的電導(dǎo)率活化能，小、高、體積的金屬陽離子的電導(dǎo)率活化能，不容易參與電導(dǎo)率。第25章介電陶瓷，從以上分析來看，為了獲得具有高體積電阻率的陶瓷材料，在工序中必須考慮以下事項(xiàng)：(1)選擇體積電阻率高的晶體材料為主晶相。(2)嚴(yán)格控制配方，避免引入雜質(zhì)離子，

12、特別是堿金屬和堿土金屬離子，在需要引進(jìn)金屬離子時(shí)充分利用中和效果和抑制效果，降低材料內(nèi)玻璃上的電導(dǎo)率。(3)玻璃的電導(dǎo)活化能小，因此要最大限度地控制玻璃相數(shù)，甚至玻璃相燒結(jié)。26，第一章介電陶瓷，(4)為了防止產(chǎn)生自由電子和空洞，避免引入鈦、鐵、鈷等離子等邊價(jià)金屬離子，加劇電子導(dǎo)電性。(5)嚴(yán)格控制溫度和氣氛，防止氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生自由電子和孔。(6)在材料中引入產(chǎn)生自由電子(或孔)的離子時(shí)，引入另一種產(chǎn)生空(或自由電子)的沸騰雜質(zhì)離子，可以去除自由電子和腔，提高體積電阻率，這稱為雜質(zhì)修正。第27章介電陶瓷，一般來說，絕緣陶瓷也要求低介電損耗，陶瓷損耗的主要原因是泄漏損耗，李莞粒子的極化損耗和結(jié)

13、構(gòu)損耗。因此，減少材料的介電損失主要從考慮減少泄漏損失和偏振損失開始。(1)選擇相應(yīng)的主晶相。根據(jù)需要，選擇結(jié)構(gòu)接近的決定作為酒狀。(2)在提高初級(jí)晶相特性時(shí)，如果不希望生成缺席雇員或白萊雇員體，最好創(chuàng)建連續(xù)雇員體。(3)最小化玻璃相含量。為了提高工藝性能，如果引入更多的玻璃相，則應(yīng)應(yīng)用中和效果和抑制效果，以減少相應(yīng)的相損失。，28，第一章介質(zhì)陶瓷，(4)多晶體轉(zhuǎn)換時(shí)晶格缺陷多，電性能差，損耗增加，防止多晶體轉(zhuǎn)換。滑石粉變成原始高密度火石時(shí)，玻璃石英析出：mg3(si4o 10)(oh)2 3(MgO SiO 2)SiO 2 H2O玻璃石英在高溫下發(fā)生晶型變異，產(chǎn)生體積效果，材料不穩(wěn)定，損失增

14、加。因此，添加了少量(1)的A12O3，A12O3和SiO2生成硅來提高產(chǎn)品的機(jī)電性能(A12O3SiO2)。(5)特別是含有變質(zhì)離子陶瓷的燒結(jié)，要注意燒結(jié)氣氛。(6)控制好最終燒結(jié)溫度，防止產(chǎn)品“烘烤”、“生熱”和“過度燃燒”，降低氣孔率，防止氣體電離損失。29，第一章介電陶瓷，1.3.2剛玉莫來石陶瓷和莫來石陶瓷1。摘要純氧化鋁陶瓷的晶相為剛玉，機(jī)電特性好，但其燒結(jié)溫度很高(約1800年)，因此，在一般要求下，經(jīng)常生產(chǎn)BaOA12O3SiO2系統(tǒng)的陶瓷，如3-1-3。30，第一章介質(zhì)陶瓷根據(jù)其構(gòu)成，可生產(chǎn)性能優(yōu)良的莫來石陶瓷、剛玉-莫來石陶瓷和鋇長(zhǎng)石陶瓷。莫來石陶瓷是電子產(chǎn)業(yè)中高頻陶瓷經(jīng)常

15、所屬的莫來石(3A12O32SiO2)和石英(SiO2)為酒狀的陶瓷，是最早應(yīng)用的高頻設(shè)備陶瓷。莫來石陶瓷生產(chǎn)工藝性能好，但機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能較差，僅用于普通高頻裝置零件；由于表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)，可用作沉積碳膜的基底，因此仍常用于制造碳膜的電阻。31，第一章油田介質(zhì)陶瓷，天然莫來石幾乎不存在，但如果在高溫下熱處理粘鋼或A12O3- SiO2基材料，莫來石能容易析出。莫來石在1828點(diǎn)不均勻熔化，氧化鋁的耐熱性降低，但熱膨脹系數(shù)小，抗熱沖擊性好。莫來石的晶體呈針狀，這可能導(dǎo)致模具徐璐交叉，滑動(dòng)減少，在高溫載荷下變形較小。因此，常用于制造熱電偶保護(hù)管、電絕緣等耐熱電氣絕緣陶瓷。32，第一章介電陶瓷、剛

16、玉-莫來石陶瓷的晶相：剛玉和莫來石共存，主要原料：粘土、氧化鋁和碳酸鹽。剛玉-莫來石陶瓷的特點(diǎn)：電性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好，工藝性能好，燒結(jié)溫度不高，范圍廣，可與釉同時(shí)燒結(jié)。剛玉-莫來石陶瓷用途：制造高要求的高頻設(shè)備部件，如高頻高壓絕緣體、線圈骨架、電容器外殼和其他絕緣柱、高壓開關(guān)、套管和其他大型設(shè)備設(shè)備。具體性能見下表3-1-5。33，第一章介電陶瓷，34，第一章介電陶瓷，2。莫來石瓷和剛玉-莫來石瓷官方莫來石瓷和剛玉-莫來石瓷高燒結(jié)溫度，引入堿土金屬氧化物作為摻合料，降低燒結(jié)溫度，經(jīng)常是摻合料寶索、曹、MgO等。摻合料應(yīng)避免堿金屬氧化物的混合。表3-1-6顯示了幾種莫來石和剛玉-莫來石陶瓷公式。第35，第一章介電陶瓷，表3-1-6中提出的各組成部分的作用簡(jiǎn)述如下。(1)粘土：粘土或高嶺土加熱分解莫來石的生成。此外，為了方便成型，給坯料很好的可塑性。粘土中含有很多有害雜質(zhì)，可能會(huì)使陶瓷坯的電氣特性嚴(yán)重惡化，因此粘土用量過多就會(huì)渡邊杏。(2)工業(yè)氧化鋁：工業(yè)氧化鋁可以生成剛玉，分解成粘土的玻璃石英和二次莫來石，A12O3的含量增加可以提高陶瓷坯的性能(3)氧化鈣：CaO可以提高二次莫來石化程度，A12O3，SiO2和，36，第一章介電陶瓷，(4)氧化鎂：