许多主要由氧化物组成的烧结体材料广泛用于电子功能元件的生产. 电子陶瓷的制造工艺与传统陶瓷大致相同.
电子陶瓷, 或用于电子工业的陶瓷, 化学成分与一般电力用陶瓷有根本区别, 微观结构和机电性能. 这些差异是由电子行业对电子陶瓷提出的一系列特殊技术要求形成的。, 其中最重要的是具有较高的机械强度, 耐高温高湿, 抗辐射性, 和广泛的介电常数. 介电损耗角正切值小, 电容温度系数可调 (或者可以调节电容变化率). 高电气强度和绝缘电阻, 和优异的老化性能.
电子陶瓷 按功能和用途可分为五类: 绝缘陶瓷, 电容器陶瓷, 铁电陶瓷, 半导体陶瓷和离子陶瓷.
绝缘装置陶瓷
简称器瓷, 具有优良的电绝缘性能，用作结构件的电子陶瓷, 电子设备和装置中的基板和外壳. 绝缘装置瓷包括各种绝缘体, 线圈架, 管架, 波段开关, 电容器支架, 集成电路基板和封装外壳. 这类瓷器的基本要求是低介电常数ε, 介电损耗小 tanδ, 高绝缘电阻率ρ, 高击穿强度 E, 以及良好的介电温度特性和频率特性. 此外, 还需要更高的机械强度和化学稳定性.
在这些类型的陶瓷中, 滑石瓷和氧化铝瓷是应用最广泛的. 它们的主要晶相成分分别是 和. 滑石瓷具有优良的电绝缘性和低成本, 是一种典型的用于射频频段的高频器件瓷. 氧化铝瓷是一种高频, 电绝缘性更好的高温高强度器件瓷. 其电气和物理性能随着氧化铝含量的增加而增加. 常用的是含高铝瓷 75%, 95%, 和 99% 氧化铝. 在一些要求很高的集成电路中, 甚至是氧化铝含量为 99.9% 用来, 其性质类似于蓝宝石单晶. 高铝瓷的缺点, 特别是纯刚玉瓷, 制造困难, 烧成温度高，价格高.
还有一种以氧化铍为代表的高导热瓷 (铍) 在设备瓷. 含BeO95%的氧化铍瓷的室温热导率与金属相同. 氧化铍还具有良好的介电性能, 耐温性和高机械强度. 缺点是BeO的原料毒性很大, 陶瓷材料烧成温度高, 这限制了它的应用. 氮化硼 (国阵) 瓷和氮化铝 (氮化铝) 瓷器也是高导热瓷器. 虽然它们的导热性不如氧化铍瓷, 它们是无毒的, 加工性和介电性能良好, 并可用于高频大功率晶体管. 用于大规模集成电路的散热和绝缘.
开发了一种以SiC为基材，掺入少量BeO等杂质的热压陶瓷. 这种陶瓷具有优良的绝缘性能, 其热导率高于纯度为 99%. 其热膨胀系数在较宽的温度范围内接近单晶硅, 并有望用于大功率耗散的大规模集成电路.
低碱长石瓷, 用作碳膜和金属膜电阻器的基体, 也是一种重要且价格低廉的器械瓷器, 但它的介电损耗大，不适合在高频下使用.
电容陶瓷
用作电容器电介质的电子陶瓷. 这类陶瓷用量最大，品种规格最多. 主要有高低频电容陶瓷和半导体电容陶瓷.
高频电容瓷 属于I类电容瓷, 主要用于制造高频电路中的高稳定性陶瓷电容器和温度补偿电容器. 这类陶瓷的主要成分多为碱土金属或稀土金属钛酸盐和以钛酸盐为主的固溶体 (桌子 1).
电子陶瓷
选用不同的陶瓷元件可以获得不同介电常数的高频电容器陶瓷, 介质损耗角正切tanδ和介质温度系数αε满足各种温度补偿的需要. 表中的四钛酸钡瓷不仅是高热稳定性的电容器电介质, 也是一种优良的微波介电材料.
低频电容瓷 属于Ⅱ类电容瓷, 主要用于制造旁路用陶瓷电容器, 低频电路中的隔直和滤波. 主要特点是高介电常数ε, 大损耗角正切, tanδ和ε随温度的变化率大. 这类陶瓷中应用最广泛的是铁电钛酸钡 (BaTiO3) 作为主要成分, 这是通过高 ε 掺杂改性获得的 (取决于 20000 在室温下) 和低ε温度变化率. 以温和相变铁电铅铌酸镁为主要成分的低温烧结低频独石电容器陶瓷 (PbMg1/3Nb2/3O3) 也是重要的低频电容陶瓷.
半导体电容器陶瓷 半导体化陶瓷的外表面或内表面形成的绝缘层 (晶界) 晶粒之间是电子陶瓷，是电容器的电介质. 其中, 利用陶瓷晶界层的介电特性制成的边界层电容器是一种新型的高性能、高可靠性电容器, 介电损耗小, 高绝缘电阻和高工作电压. 这种陶瓷的表观介电常数非常高 (取决于 105), 低介电损耗 (少于 1%), 高体积电阻率 (比......高 1011 欧姆·一种铜-氧共晶形式，可成功地与铜和用作基材的氧化物结合), 和高介电色散频率 (以上 1 千兆赫) ), 良好的防潮性, 是一种高性能, 高稳定性电容器介质。铁电陶瓷 以铁电晶体为主要晶相的电子陶瓷. 已发现的铁电晶体不下千种, 但作为铁电陶瓷的主要晶相, 主要有钙钛矿或准钙钛矿型铁电晶体或固溶体。在一定的温度范围内, 晶体中存在自发极化，可以随着施加的电场改变其方向. 这是晶体的铁电性. 当温度超过某一临界值时──居里温度TC, 它的极化强度降至零, 晶体失去铁电性, 并变成一个正常的顺电晶体; 同时, 晶体经历铁电相到顺电相的相变. 铁电体的极化强度也随电场发生剧烈变化.
电子陶瓷
铁电体的一个重要微观特征是电畴结构, 那是, 铁电体有许多在特定方向上自发极化至饱和的小区域──电畴. 这些不同方向的畴被畴壁隔开. 在比较强的外电场作用下, 这种多畴晶体可以被电场强制取向，变成单畴. 这种动态过程，其中电畴随着外部电场反转其方向, 包括畴壁的移动和新畴的成核和生长.
铁电陶瓷
多功能和多用途. 利用其压电特性可制成压电器件, 这是铁电陶瓷的主要应用, 所以铁电陶瓷常被称为压电陶瓷. 利用铁电陶瓷的热释电特性 (温度变化时由于极化强度的变化而在铁电体表面释放电荷的效应) 可制成红外探测器, 可用于温度测量, 温度控制, 遥感, 和生物学, 医学等领域具有重要应用价值. 典型的热电陶瓷包括钛酸铅 (PbTiO3) 等等. 利用透明铁电陶瓷PLZT的强电光效应 (镧掺杂锆钛酸铅) (透明铁电陶瓷的光学性质是通过外电场控制透明铁电陶瓷的畴态来改变的, 从而表现出电子控制的双折射和电子控制的光散射效应) 可制成激光调制器等新器件, 光电显示器, 光信息存储, 光开关, 光电传感器, 图像存储和显示, 和激光或核辐射防护眼镜.
半导体陶瓷
具有半导体晶粒和绝缘性的电子陶瓷 (或半导体) 通过半导体化措施实现晶界, 从而呈现出强大的界面势垒和其他半导体特性.
陶瓷半导体化主要有两种方法: 强制还原法和施主掺杂法 (又称原子价控制法). 两种方法都是在陶瓷晶体中形成离子空位等缺陷, 从而提供大量的导电电子, 使陶瓷中的晶粒成为某种类型 (通常为 N 型) 灰色和灰黑色. 这些晶粒之间的夹层是绝缘层或其他类型 (P型) 半导体层.
半导体陶瓷的种类很多, 包括利用半导体陶瓷中晶粒的性质制成的各种负温度系数热敏电阻; 由晶界特性制成的半导体电容器, 氧化锌压敏电阻, 和 BaTiO3 系列正温度系数热敏电阻器, CdS/Cu2S太阳能电池; 以及各种表面特性制成的陶瓷湿敏电阻器和气敏电阻器. 桌子 2 列出用于传感器的典型半导体陶瓷.
CdS/Cu2S光电陶瓷不同于上表所列的利用绝缘晶界层特性的半导体陶瓷. 它利用了 N 型 CdS 和 P 型 Cu2S 晶界层之间的 PN 异质结的光伏效应. 用它制成的陶瓷太阳能电池可作为无人值守站的电源，也可作为电子仪器中的光电耦合器件.
离子陶瓷
具有快速离子传导性的电子陶瓷. 具有快速输送正离子的特点. 典型代表是β-Al2O3瓷. 这种陶瓷的离子电导率可以达到 0.1/(欧姆·一种铜-氧共晶形式，可成功地与铜和用作基材的氧化物结合) 在 300℃, 可用于制造更经济的高能比固态电池, 还可以制作储能密度高的慢放电容器. 它是一种有助于解决能源问题的材料.
By FUBOON 高级工程师团队.
