Muchos materiales de cuerpo sinterizados compuestos principalmente de óxidos se utilizan ampliamente en la producción de componentes electrónicos funcionales.. El proceso de fabricación de la cerámica electrónica es aproximadamente el mismo que el de la cerámica tradicional..
Cerámica electrónica, o cerámica para la industria electrónica, son fundamentalmente diferentes de las cerámicas generales para energía eléctrica en términos de composición química, microestructura y propiedades electromecanicas. Estas diferencias están formadas por una serie de requisitos técnicos especiales planteados por la industria electrónica para la cerámica electrónica., el más importante de los cuales es tener una alta resistencia mecánica, alta temperatura y resistencia a la humedad, resistencia a la radiación, y una amplia gama de constantes dieléctricas. El valor de la tangente de pérdida dieléctrica es pequeño., y el coeficiente de temperatura de la capacitancia se puede ajustar (o la tasa de cambio de capacitancia se puede ajustar). Alta fuerza eléctrica y resistencia de aislamiento, y excelente rendimiento de envejecimiento.
Cerámica electrónica se pueden dividir en cinco categorías según sus funciones y usos: cerámica aislante, condensador de cerámica, cerámica ferroeléctrica, cerámicas semiconductoras y cerámicas iónicas.
Cerámica del dispositivo de aislamiento
Conocido como dispositivo de porcelana, tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y se utiliza como cerámica electrónica para piezas estructurales, sustratos y cubiertas en equipos y dispositivos electrónicos. El dispositivo de aislamiento de porcelana incluye varios aisladores., marcos de bobina, soportes de tubo, interruptores de banda, soportes de soporte del condensador, sustratos de circuitos integrados y carcasas de embalaje. Los requisitos básicos para este tipo de porcelana son baja constante dieléctrica ε, pequeña pérdida dieléctrica tanδ, alta resistividad de aislamiento ρ, alta resistencia a la ruptura E, y buenas características de temperatura dieléctrica y características de frecuencia. Además, También se requiere mayor resistencia mecánica y estabilidad química..
Entre estos tipos de cerámica, la porcelana de talco y la porcelana de alúmina son las más utilizadas. Sus principales componentes de la fase cristalina son y respectivamente. Porcelana de talco tiene excelente aislamiento eléctrico y bajo costo, y es un dispositivo típico de porcelana de alta frecuencia utilizado en bandas de radiofrecuencia. La porcelana de alúmina es un tipo de alta frecuencia, porcelana para dispositivos de alta temperatura y alta resistencia con mejor aislamiento eléctrico. Sus propiedades eléctricas y físicas aumentan con el aumento del contenido de óxido de aluminio.. Comúnmente se usa porcelana con alto contenido de alúmina 75%, 95%, y 99% alúmina. En algunos circuitos integrados muy exigentes, incluso porcelana pura de corindón con un contenido de óxido de aluminio de 99.9% se usa, cuyas propiedades son similares a los monocristales de zafiro. Las desventajas de la porcelana con alto contenido de alúmina., porcelana de corindón especialmente pura, son dificultad en la fabricación, alta temperatura de cocción y alto precio.
También existe un tipo de porcelana de alta conductividad térmica representada por el óxido de berilio (BeO) en el dispositivo de porcelana. La conductividad térmica a temperatura ambiente de la porcelana de óxido de berilio que contiene BeO95% es la misma que la del metal.. El óxido de berilio también tiene buenas propiedades dieléctricas., resistencia a la temperatura y alta resistencia mecánica. La desventaja es que la materia prima de BeO es muy tóxica., y el material cerámico tiene una alta temperatura de cocción, que limita su aplicación. Nitruro de boro (BN) nitruro de aluminio y porcelana (AlN) la porcelana también son porcelanas de alta conductividad térmica. Aunque su conductividad térmica no es tan buena como la de la porcelana de óxido de berilio, no son tóxicos, la procesabilidad y las propiedades dieléctricas son buenas, y se puede utilizar para transistores de alta frecuencia y alta potencia. Se utiliza para disipación de calor y aislamiento en circuitos integrados a gran escala..
Desarrolló un tipo de cerámica prensada en caliente con SiC como material base y dopada con una pequeña cantidad de BeO y otras impurezas.. Este tipo de cerámica tiene excelentes propiedades aislantes., y su conductividad térmica es superior a la de la porcelana de óxido de berilio con una pureza de 99%. Su coeficiente de expansión térmica es cercano al de los monocristales de silicio en un amplio rango de temperatura., y se espera que se utilice en circuitos integrados a gran escala con gran disipación de potencia.
Porcelana de feldespato de bajo contenido alcalino, que se utiliza como matriz de resistencias de película de carbono y película metálica, es también un dispositivo de porcelana importante y económico, pero su pérdida dieléctrica es grande y no es adecuado para su uso a altas frecuencias.
Cerámica del condensador
Cerámica electrónica utilizada como dieléctricos de condensadores. Este tipo de cerámica tiene el mayor consumo y la mayor variedad de especificaciones.. Los principales son la cerámica de condensadores de alta y baja frecuencia y la cerámica de condensadores semiconductores..
Porcelana de condensador de alta frecuencia pertenece a la porcelana de condensador de clase I, se utiliza principalmente para fabricar condensadores cerámicos de alta estabilidad y condensadores de compensación de temperatura en circuitos de alta frecuencia. Los componentes principales de este tipo de cerámicas son en su mayoría titanatos de metales alcalinotérreos o tierras raras y soluciones sólidas a base de titanatos. (Mesa 1).
Cerámica electrónica
La selección de diferentes componentes cerámicos puede obtener cerámicas de condensadores de alta frecuencia con diferentes constantes dieléctricas, tangente de pérdida dieléctrica tanδ y coeficiente de temperatura dieléctrica αε para satisfacer las necesidades de varias compensaciones de temperatura. La porcelana de tetratitanato de bario en la mesa no es solo un condensador dieléctrico con alta estabilidad térmica, pero también un excelente material dieléctrico de microondas.
Porcelana de condensador de baja frecuencia pertenece a la porcelana de condensador de clase Ⅱ, que se utiliza principalmente para fabricar condensadores cerámicos para derivación, Bloqueo y filtrado de CC en circuitos de baja frecuencia. Las características principales son alta constante dieléctrica ε, tangente de grandes pérdidas, y gran tasa de cambio de tanδ y ε con la temperatura. El más utilizado de este tipo de cerámica es el titanato de bario ferroeléctrico. (BaTiO3) como componente principal, que se obtiene por modificación de dopaje con alto ε (hasta 20000 a temperatura ambiente) y baja tasa de cambio de temperatura ε. Cerámica de condensador monolítico de baja frecuencia sinterizada a baja temperatura compuesta principalmente de niobato de magnesio de plomo ferroeléctrico de cambio de fase suave (PbMg1/3Nb2/3O3) también son importantes cerámicas de condensadores de baja frecuencia.
Semiconductor condensador de cerámica La capa aislante formada en la superficie exterior de la cerámica semiconductorizada o la superficie interior (límite de grano) entre los granos de cristal hay una cerámica electrónica que es el dieléctrico del capacitor. Entre ellos, El condensador de capa límite fabricado mediante el uso de las propiedades dieléctricas de la capa límite de grano cerámico es un nuevo tipo de condensador de alto rendimiento y alta confiabilidad., que tiene una pequeña pérdida dieléctrica, alta resistencia de aislamiento y alta tensión de trabajo. La constante dieléctrica aparente de esta cerámica es extremadamente alta. (hasta 105), baja pérdida dieléctrica (menos que 1%), resistividad de alto volumen (más alto que 1011 ohm·cm), y alta frecuencia de dispersión dieléctrica (arriba 1 GHz) ), buena resistencia a la humedad, es un alto rendimiento, Medio capacitor de alta estabilidad. Cerámica ferroeléctrica Cerámica electrónica con cristales ferroeléctricos como fase cristalina principal. No hay menos de mil tipos de cristales ferroeléctricos que se han descubierto, pero como la principal fase de cristal de la cerámica ferroeléctrica, existen principalmente cristales ferroeléctricos de tipo perovskita o cuasi-perovskita o soluciones sólidas. En un cierto rango de temperatura, hay polarización espontánea en el cristal que puede cambiar su dirección con el campo eléctrico aplicado. Esta es la ferroelectricidad del cristal.. Cuando la temperatura supera cierto valor crítico ─ ─ Temperatura de Curie TC, su intensidad de polarización cae a cero, el cristal pierde ferroelectricidad, y se convierte en un cristal paraeléctrico normal; al mismo tiempo, el cristal pasa de una fase ferroeléctrica a una fase paraeléctrica Cambio de fase. La intensidad de polarización de los ferroeléctricos también cambia drásticamente con el campo eléctrico..
Cerámica electrónica
Una característica microscópica importante de los ferroeléctricos es la estructura del dominio eléctrico., eso es, los ferroeléctricos tienen muchas regiones pequeñas que se polarizan espontáneamente hasta la saturación en una dirección específica ─ ─ dominios eléctricos. Estos dominios con diferentes orientaciones están separados por paredes de dominio. Bajo la acción de un campo eléctrico externo relativamente fuerte, este cristal multidominio puede ser forzado a ser orientado por el campo eléctrico y convertirse en un solo dominio. Este tipo de proceso dinámico en el que los dominios eléctricos invierten su orientación con un campo eléctrico externo, incluyendo el movimiento de las paredes del dominio y la nucleación y el crecimiento de nuevos dominios.
Cerámica ferroeléctrica
Multifuncional y versátil. El uso de sus propiedades piezoeléctricas se puede convertir en dispositivos piezoeléctricos., cuál es la principal aplicación de la cerámica ferroeléctrica, por lo que las cerámicas ferroeléctricas a menudo se denominan cerámicas piezoeléctricas. Uso de las características piroeléctricas de las cerámicas ferroeléctricas (el efecto de liberar cargas en la superficie del cuerpo ferroeléctrico debido al cambio en la intensidad de polarización cuando cambia la temperatura) se puede convertir en detectores de infrarrojos, que se puede utilizar en la medición de temperatura, control de temperatura, Sensores remotos, y biología, la medicina y otros campos tienen un valor de aplicación importante. Las cerámicas piroeléctricas típicas incluyen titanato de plomo (PbTiO3) etcétera. Utilizando el fuerte efecto electroóptico de la cerámica ferroeléctrica transparente PLZT (titanato de circonato de plomo dopado con lantano) (las propiedades ópticas de la cerámica ferroeléctrica transparente se modifican por el control del estado de dominio de la cerámica ferroeléctrica transparente por un campo eléctrico externo, exhibiendo así una birrefringencia controlada electrónicamente y una luz controlada electrónicamente El efecto de la dispersión) se puede convertir en nuevos dispositivos como moduladores láser, pantallas fotoeléctricas, almacenamiento de información óptica, interruptores ópticos, sensores fotoeléctricos, almacenamiento de imágenes y pantallas, y gafas de protección contra radiación láser o nuclear.
Cerámica semiconductora
Cerámica electrónica que tiene granos de cristal semiconductores y aislamiento (o semiconductor) límites de grano a través de medidas de semiconductorización, presentando así fuertes barreras de interfaz y otras características de semiconductores.
Hay dos métodos principales de semiconductorización cerámica.: método de reducción forzada y método de dopaje del donante (también conocido como método de control de valencia atómica). Ambos métodos son para formar defectos tales como vacantes iónicas en los cristales cerámicos., proporcionando así una gran cantidad de electrones conductores, para que los granos de cristal en la cerámica se conviertan en un cierto tipo (generalmente tipo N) semiconductor. La capa intermedia entre estos granos de cristal es una capa aislante u otro tipo (tipo P) capa semiconductora.
Hay muchos tipos de cerámicas semiconductoras., incluyendo varios termistores de coeficiente de temperatura negativo hechos de la naturaleza de los granos de cristal en la cerámica semiconductora; condensadores semiconductores hechos de propiedades de límite de grano, varistores de ZnO, y termistores de coeficiente de temperatura positivo de la serie BaTiO3 Resistencias, Células solares CdS/Cu2S; y varias resistencias cerámicas sensibles a la humedad y resistencias sensibles al gas hechas de propiedades superficiales. Mesa 2 enumera las cerámicas semiconductoras típicas para sensores.
Las cerámicas fotoeléctricas CdS/Cu2S son diferentes de las cerámicas semiconductoras enumeradas en la tabla anterior que utilizan las propiedades de la capa límite de grano aislante.. Utiliza el efecto fotovoltaico de la heterounión PN entre el CdS tipo N y la capa límite de grano Cu2S tipo P. La celda solar de cerámica hecha con ella se puede utilizar como fuente de energía para estaciones desatendidas y como dispositivo de acoplamiento fotoeléctrico en instrumentos electrónicos..
Cerámica iónica
Cerámica electrónica con conductividad iónica rápida. Tiene las características de entrega rápida de iones positivos.. El representante típico es la porcelana β-Al2O3. La conductividad iónica de este tipo de cerámica puede alcanzar 0.1/(ohm·cm) a 300℃, que se puede usar para hacer baterías sólidas más económicas con una alta relación de energía, y también puede fabricar condensadores de descarga lenta con alta densidad de almacenamiento de energía. Es un material que ayuda a solucionar problemas energéticos.
Por el equipo de ingenieros avanzados de FUBOON.
