Muitos materiais sinterizados compostos principalmente de óxidos são amplamente utilizados na produção de componentes eletrônicos funcionais. O processo de fabricação da cerâmica eletrônica é praticamente o mesmo da cerâmica tradicional.
Cerâmicas eletronicas, ou cerâmicas para a indústria eletrônica, são fundamentalmente diferentes das cerâmicas gerais para energia elétrica em termos de composição química, microestrutura e propriedades eletromecânicas. Essas diferenças são formadas por uma série de requisitos técnicos especiais propostos pela indústria eletrônica para cerâmica eletrônica., o mais importante deles é ter alta resistência mecânica, alta temperatura e resistência à umidade, resistência à radiação, e uma ampla gama de constantes dielétricas. O valor tangente de perda dielétrica é pequeno, e o coeficiente de temperatura de capacitância pode ser ajustado (ou a taxa de mudança de capacitância pode ser ajustada). Alta resistência elétrica e resistência de isolamento, e excelente desempenho de envelhecimento.
Cerâmicas eletronicas pode ser dividido em cinco categorias de acordo com suas funções e usos: cerâmicas isolantes, cerâmica de capacitor, cerâmicas ferroelétricas, cerâmicas semicondutoras e cerâmicas iônicas.
Cerâmica de dispositivo de isolamento
Referido como porcelana de dispositivo, tem excelentes propriedades de isolamento elétrico e é usado como cerâmica eletrônica para peças estruturais, substratos e invólucros em equipamentos e dispositivos eletrônicos. A porcelana do dispositivo de isolamento inclui vários isolantes, quadros de bobina, suportes de tubo, troca de banda, suportes de suporte de capacitor, substratos de circuito integrado e invólucros de embalagem. Os requisitos básicos para este tipo de porcelana são baixa constante dielétrica ε, pequena perda dielétrica tanδ, alta resistividade de isolamento ρ, alta resistência à ruptura E, e boas características de temperatura dielétrica e características de frequência. Além disso, maior resistência mecânica e estabilidade química também são necessárias.
Entre esses tipos de cerâmicas, porcelana de talco e porcelana de alumina são as mais amplamente utilizadas. Seus principais componentes de fase cristalina são e respectivamente. Porcelana talco possui excelente isolamento elétrico e baixo custo, e é uma porcelana de dispositivo de alta frequência típica usada em bandas de radiofrequência. Porcelana de alumina é um tipo de alta frequência, porcelana de dispositivo de alta temperatura e alta resistência com melhor isolamento elétrico. Suas propriedades elétricas e físicas aumentam com o aumento do teor de óxido de alumínio. Comumente usados são porcelanas de alta alumina contendo 75%, 95%, e 99% alumina. Em alguns circuitos integrados altamente exigentes, mesmo porcelana de corindo pura com um teor de óxido de alumínio de 99.9% é usado, cujas propriedades são semelhantes aos monocristais de safira. As desvantagens da porcelana de alta alumina, porcelana de corindo especialmente pura, são dificuldades na fabricação, alta temperatura de queima e alto preço.
Existe também um tipo de porcelana de alta condutividade térmica representada por óxido de berílio (Leopardo) na porcelana do dispositivo. A condutividade térmica à temperatura ambiente da porcelana de óxido de berílio contendo BeO95% é a mesma do metal. O óxido de berílio também tem boas propriedades dielétricas, resistência à temperatura e alta resistência mecânica. A desvantagem é que a matéria-prima do BeO é muito tóxica, e o material cerâmico tem uma alta temperatura de queima, o que limita sua aplicação. Nitreto de boro (BN) porcelana e nitreto de alumínio (AlN) porcelana também são porcelanas de alta condutividade térmica. Embora sua condutividade térmica não seja tão boa quanto a da porcelana de óxido de berílio, eles não são tóxicos, processabilidade e propriedades dielétricas são boas, e pode ser usado para transistores de alta frequência e alta potência. Usado para dissipação de calor e isolamento em circuitos integrados de grande escala.
Desenvolveu uma espécie de cerâmica prensada a quente com SiC como material de base e dopada com uma pequena quantidade de BeO e outras impurezas. Este tipo de cerâmica tem excelentes propriedades de isolamento, e sua condutividade térmica é maior do que a da porcelana de óxido de berílio com pureza de 99%. Seu coeficiente de expansão térmica é próximo ao de monocristais de silício em uma ampla faixa de temperatura, e deve ser usado em circuitos integrados de grande escala com grande dissipação de energia.
Porcelana de feldspato de baixo teor alcalino, que é usado como a matriz do filme de carbono e resistores de filme de metal, também é um dispositivo de porcelana importante e barato, mas sua perda dielétrica é grande e não é adequado para uso em altas frequências.
Cerâmica capacitor
Cerâmica eletrônica usada como dielétrico de capacitor. Este tipo de cerâmica tem o maior consumo e a maior variedade de especificações. Os principais são cerâmicas de capacitores de alta e baixa freqüência e cerâmicas de capacitores semicondutores.
A porcelana do capacitor de alta frequência pertence à porcelana do capacitor classe I, usado principalmente para fabricar capacitores de cerâmica de alta estabilidade e capacitores de compensação de temperatura em circuitos de alta frequência. Os principais componentes deste tipo de cerâmica são principalmente titanatos de metais alcalino-terrosos ou de terras raras e soluções sólidas à base de titanato (Mesa 1).
Cerâmicas eletronicas
A seleção de diferentes componentes cerâmicos pode obter cerâmica de capacitor de alta frequência com diferentes constantes dielétricas, tangente de perda dielétrica tanδ e coeficiente de temperatura dielétrica αε para atender às necessidades de várias compensações de temperatura. A porcelana de tetratitanato de bário na mesa não é apenas um capacitor dielétrico com alta estabilidade térmica, mas também um excelente material dielétrico de micro-ondas.
A porcelana do capacitor de baixa frequência pertence à porcelana do capacitor classe Ⅱ, que é usado principalmente para fabricar capacitores de cerâmica para desvio, Bloqueio e filtragem DC em circuitos de baixa frequência. As principais características são alta constante dielétrica ε, grande perda tangente, e grande taxa de mudança de tanδ e ε com a temperatura. O mais utilizado desse tipo de cerâmica é o titanato de bário ferroelétrico. (BaTiO3) como o componente principal, que é obtido por modificação de dopagem com alto ε (até 20000 à temperatura ambiente) e baixa taxa de mudança de temperatura ε. Cerâmica de capacitor monolítico de baixa frequência sinterizada de baixa temperatura composta principalmente de niobato de magnésio e chumbo ferroelétrico de mudança de fase suave (PbMg1 / 3Nb2 / 3O3) também são importantes cerâmicas de capacitor de baixa frequência.
Cerâmica semicondutora do capacitor A camada isolante formada na superfície externa da cerâmica semicondutora ou na superfície interna (limite de grão) entre os grãos de cristal está uma cerâmica eletrônica que é o capacitor dielétrico. Entre eles, o capacitor de camada limite feito usando as propriedades dielétricas da camada limite de grão de cerâmica é um novo tipo de capacitor de alto desempenho e alta confiabilidade, que tem pequena perda dielétrica, alta resistência de isolamento e alta tensão de trabalho. A constante dielétrica aparente desta cerâmica é extremamente alta (até 105), baixa perda dielétrica (Menor que 1%), resistividade de alto volume (mais alto que 1011 ohm·cm), e alta frequência de dispersão dielétrica (acima 1 GHz) ), boa resistência à umidade, é um de alto desempenho, meio capacitor de alta estabilidade. Cerâmicas ferroelétricas Cerâmicas eletrônicas com cristais ferroelétricos como fase principal do cristal. Não existem menos do que mil tipos de cristais ferroelétricos que foram descobertos, mas como a principal fase de cristal da cerâmica ferroelétrica, existem principalmente cristais ferroelétricos do tipo perovskita ou quase-perovskita ou soluções sólidas. Em uma certa faixa de temperatura, há polarização espontânea no cristal que pode mudar sua direção com o campo elétrico aplicado. Esta é a ferroeletricidade do cristal. Quando a temperatura excede um determinado valor crítico ─ ─ Temperatura Curie TC, sua intensidade de polarização cai para zero, o cristal perde ferroeletricidade, e se torna um cristal paraelétrico normal; ao mesmo tempo, o cristal passa por uma fase ferroelétrica para uma fase paraelétrica. Mudança de fase. A intensidade de polarização dos ferroelétricos também muda drasticamente com o campo elétrico.
Cerâmicas eletronicas
Uma importante característica microscópica da ferroelétrica é a estrutura do domínio elétrico, isso é, ferroelétricos têm muitas pequenas regiões que são espontaneamente polarizadas para a saturação em uma direção específica ─ ─ domínios elétricos. Esses domínios com orientações diferentes são separados por paredes de domínio. Sob a ação de um campo elétrico externo relativamente forte, este cristal de múltiplos domínios pode ser forçado a ser orientado pelo campo elétrico e tornar-se de domínio único. Este tipo de processo dinâmico em que os domínios elétricos revertem sua orientação com um campo elétrico externo, incluindo o movimento de paredes de domínio e a nucleação e crescimento de novos domínios.
Cerâmicas ferroelétricas
Multifuncional e versátil. Usando suas propriedades piezoelétricas pode ser transformado em dispositivos piezoelétricos, qual é a principal aplicação das cerâmicas ferroelétricas, então cerâmicas ferroelétricas são frequentemente chamadas de cerâmicas piezoelétricas. Usando as características piroelétricas de cerâmicas ferroelétricas (o efeito da liberação de cargas na superfície do corpo ferroelétrico devido à mudança na intensidade de polarização quando a temperatura muda) pode ser transformado em detectores infravermelhos, que pode ser usado na medição de temperatura, controle de temperatura, sensoriamento remoto, e biologia, medicina e outros campos têm valor de aplicação importante. Cerâmicas piroelétricas típicas incluem titanato de chumbo (PbTiO3) e assim por diante. Utilizando o forte efeito eletro-óptico de cerâmica ferroelétrica transparente PLZT (titanato de zirconato de chumbo dopado com lantânio) (as propriedades ópticas da cerâmica ferroelétrica transparente são alteradas pelo controle do estado de domínio da cerâmica ferroelétrica transparente por um campo elétrico externo, exibindo assim birrefringência controlada eletronicamente e luz controlada eletronicamente O efeito de espalhamento) podem ser transformados em novos dispositivos, como moduladores a laser, monitores fotoelétricos, armazenamento óptico de informação, interruptores ópticos, sensores fotoelétricos, armazenamento e exibição de imagens, e óculos de proteção a laser ou radiação nuclear.
Cerâmicas semicondutoras
Cerâmicas eletrônicas que possuem grãos de cristal semicondutores e isolantes (ou semicondutor) limites de grãos por meio de medidas de semicondutorização, apresentando, assim, fortes barreiras de interface e outras características de semicondutores.
Existem dois métodos principais de semicondutorização de cerâmica: método de redução forçada e método de dopagem do doador (também conhecido como método de controle de valência atômica). Ambos os métodos são para formar defeitos, como lacunas iônicas nos cristais de cerâmica, proporcionando assim um grande número de elétrons condutores, para que os grãos de cristal na cerâmica se tornem um certo tipo (geralmente tipo N) semicondutor. A camada intermediária entre esses grãos de cristal é uma camada isolante ou outro tipo (Tipo P) camada semicondutora.
Existem muitos tipos de cerâmicas semicondutoras, incluindo vários termistores de coeficiente de temperatura negativo feitos da natureza dos grãos de cristal em cerâmica semicondutora; capacitores semicondutores feitos de propriedades de contorno de grão, Varistores ZnO, e Resistores termistores de coeficiente de temperatura positivo série BaTiO3, Células solares CdS / Cu2S; e vários resistores sensíveis à umidade de cerâmica e resistores sensíveis ao gás feitos de propriedades de superfície. Mesa 2 lista cerâmicas semicondutoras típicas para sensores.
As cerâmicas fotoelétricas CdS / Cu2S são diferentes das cerâmicas semicondutoras listadas na tabela acima, que usam as propriedades da camada limite de grão isolante. Ele usa o efeito fotovoltaico da heterojunção PN entre o CdS tipo N e a camada limite de grão Cu2S tipo P. A célula solar de cerâmica feita com ela pode ser usada como fonte de energia para estações autônomas e como dispositivo de acoplamento fotoelétrico em instrumentos eletrônicos.
Cerâmica iônica
Cerâmica eletrônica com condutividade iônica rápida. Possui características de entrega rápida de íons positivos. O representante típico é porcelana β-Al2O3. A condutividade iônica deste tipo de cerâmica pode atingir 0.1/(ohm·cm) a 300 ℃, que pode ser usado para fazer baterias sólidas mais econômicas com alto índice de energia, e também pode fazer condensadores de descarga lenta com alta densidade de armazenamento de energia. É um material que ajuda a resolver problemas de energia.
Pela equipe de engenheiros avançados da FUBOON.
