电子陶瓷的开发与应用.doc

材料学概论结业报告电子陶瓷的开发和应用 姓 名 金阳 班 级 料122 学 号 129024224 目录简介.11高导热电绝缘陶瓷.12介电陶瓷.13压电陶瓷.14快离子导电陶瓷.25铁电薄膜.2电子陶瓷的研究方向.3小结.3参考资料.3电子陶瓷的开发与应用 简介：电子陶瓷材料主要是指具有电磁等功能的一类功能陶瓷，它具有较大的禁带宽度，可以在很宽的范围内调节其介电性能和导电性能等。电子陶瓷材料是特种陶瓷材料领域中最具活力、最有发展前途的材料之一。它是以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，是电子、通讯、自动控制、信息计算机、激光、医疗、机械、汽车、航空、航天、核技术和生物技术等众多高技术领域中的关键材料，其产值约占整个特种陶瓷总产值的70%，有着显著的社会效益和客观的经济效益。各经济发达国家、地区都把它列为优先发展的领域，研究开发十分活跃。1 高导热电绝缘陶瓷1.1高导热电绝缘陶瓷应用简介 绝缘陶瓷又称装置瓷，其首先具有高的电绝缘性能、优异的高频特性：其次具有良好的导热性，与元件相近的线膨胀系数以及有高的化学稳定性和机械强度等。绝缘陶瓷可以替代常规材料，从而减轻了重量，降低了成本，主要用于集成电路基片材料。1.2高导热电绝缘陶瓷的研究开发 近三十年来，由于人们的重视和工业化应用的需要，高导热电绝缘陶瓷逐渐发展壮大起来，研究方向也有了一些变化，主要表现在：（1） 新材料的开发（2） 在原料上除采用纯度高的化合物外，高导热电绝缘陶瓷的成型和烧结工艺也给予了材料工作者较多的研究内涵，并取得较大进展。（3） 针对高导热电绝缘陶瓷性价比低而导致应用滞后于研究的现状，一些科技工作者转而研究提高导热电绝缘陶瓷的性价比。高导热电绝缘陶瓷具备优良的综合性能，是近年来受到广泛关注的新一代先进陶瓷。在高温结构材料、金属溶液的浴槽和电解槽衬里、熔融盐类容器、金属基复合材料增强体、主动装甲材料等方面都有着广泛的应用前景。2介电陶瓷2.1介电陶瓷应用简介 介电陶瓷的专利主要集中在传统的钛酸钡基介质制品上，钛酸钡陶瓷由于具有较高的介电常数，良好的铁电、介电及绝缘性能，主要用于制备高电容电容器、多层基片、各种传感器等。随着电子科学的不断发展，对介电陶瓷的性能要求越来越高，其中多层型电容器不断薄层化，已被实用的多层电容器每层厚度仅达几个微米。2.2介电陶瓷的开发研究 今后几年介电陶瓷的重要方向仍将是MLC和微波介质陶瓷。具体表现在多层陶瓷器件的微型化、集成化和功能化，MLC的介质层厚度进一步减小、超高频通信系统的陶瓷元件、低温烧结的高Q、高介电常数介质材料的研究和开发。微波介质滤波器的需求是通信市场发展的结果。目前，大多数厂家的生产都集中在温度稳定的低损耗介质上，和电容器一样，微波滤波器的尺寸也需要减小。这只能采用高介电常数的介质或多层结构来实现。此外，值得注意的是，随着人们环境意识的增强和对有毒原料的担心，含铅材料的开发将被减少，甚至中断。3压电陶瓷3.1压电陶瓷的简介与应用任何无对称中心的材料，都或多或少具有压电效应。对于有些电介质材料通过纯粹的机械作用而发生极化，并导致介质两端表面出现符号相反的束缚电荷，这种效应成为压电效应，具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷。压电陶瓷是一种极为重要的、世界各国竞相研究开发的功能材料，其应用已遍及日常生活及生产的不同角落。近年来，随着宇航、电子、计算机、激光、微声和能源等新技术的发展，对各类材料器件提出了更高的性能要求，压电陶瓷作为一种新型功能材料，在日常生活中，作为压电元件广泛应用于传感器、气体点火器、报警器、声响设备、超声清洗、医疗诊断及通信等装置中。3.2压电陶瓷的开发趋势 展望压电陶瓷的未来，随着压电效应新应用的发展，满足所要求的各种新特性组合的压电陶瓷今后将不断发展。铅基压电陶瓷中PbO的含量约占原料总量的70%，这类陶瓷在生产、使用及废弃后的处理过程中，都会给人类和生态环境造成损害。近年来欧美已把PbO定为限用对象。鉴于以上现状，开发无铅或低铅的压电陶瓷的必要，其研究正在日本、美国的一些大学开展。4快离子导电陶瓷4.1快离子导电陶瓷的研究和应用快离子导电陶瓷是指电导率可以和液体电解质或溶盐相比拟的固态离子导电陶瓷，又称电解质陶瓷。其离子电导率可达110S/m，活化能低至0.10.2eV。离子导体陶瓷是以离子为载流子的导电陶瓷。由于快离子导体具有重大的理论和实用价值，已在众多实际应用领域发展成为很有价值的材料或器件。现已发现的快离子材料有数百种之多，其中较为典型的快离子导体有氧离子导体、钠离子导体、锂离子导体和氢离子导体。4.2快离子导电陶瓷的开发前景 目前离子导电陶瓷主要有两大方面的应用：（1）用于各种电池的隔膜材料；（2）可用作固体电子器件。人们对固体电子器件的重视是因为它可用作新型的固体电解质电池。已实用化的有燃料电池、常温一次电池、蓄电池等等。在低能电池应用方面有银离子、铜离子、锂离子和氟离子固体电解质电池。其中锂碘电池由于具备高可靠性和长寿命特性，已作为心脏起搏器电源。正在研究的高性能电池有钠硫电池、燃料电池、锂电池等。5铁电薄膜5.1铁电薄膜的发展应用 铁电薄膜在电子陶瓷界曾引起人们兴趣，其科研开发在80年代后期才真正开始，一直快速发展到90年代。过去的发展重点集中在半导体薄膜及制备方法上，较新的薄膜制备方法是溶胶-凝胶法（sol-gel)、金属有机物气相沉积（MOCVD)和激光沉积方法。5.2铁电薄膜的科研与开发 半导体储存器件、微驱动器和微型电动机将是今后几年铁电薄膜的重要发展方向。薄膜沉积方法、NVM将获得重要的发展。有许多铁电薄膜存储器商业化的技术障碍已被解决，包括高质量薄膜的沉积方法，界面层和电极材料，以及在半导体上的集成化。但是为保证成功，还有大量的开发研究工作。此外，为了有足够大的压电应变可被利用，相对较厚的PZT薄膜的制作将是一个问题。目前制作成本还很高，尽管人们正在进行大量的研究和开发。电子陶瓷的研究方向研究陶瓷的组成、结构和原子价键特性及其相互关系，以改善电子陶瓷的性能；研究制造超微粉粒和超纯粉粒以及成型、烧结等工艺，以改善电子陶瓷的制造技术；探讨陶瓷中可能存在的各种物理效应，发展新型功能材料及多功能材料；应用复合材料的理论和技术，研究以陶瓷为主体的结构复合、物理复合和功能复合的材料；应用表面分析、能谱分析和计算机模拟等技术，研究陶瓷中晶粒间界面的组成、结构和性质等。小结：近十年来，电子陶瓷的研究开发取得了长足发展，在不少领域有新的突破和应用。世界先进工业国在情报通讯材料和元件、环境相关材料、能源相关材料等领域的最新研究方向和开发趋势如下： （1）情报通讯材料和元件向微型化、集成化和高功能化方向发展。 （2）环境相关新材料开发以非铅系压电材料为主流方向。 （3）能源相关领域以二次电池和燃料电池为开发趋势。 （4）热电变换元件是能源相关领域的研究重点。 随着多层制作技术的发展，电子陶瓷元件可继续微型化，陶瓷封装和半导体加工工艺可望合并在一起。如果没有开发出低成本的压电陶瓷制作技术，多层压电陶瓷驱动器和超声电动机的应用不大可能实现大规模增长，仍将限制在一些小批量的专业化应用中。而无铅或低铅的压电陶瓷研究开发已成当务之急，其中单晶体则以KN和BNT-BT系列钙钛矿型无铅强介质材料的研究为热点。最新型电子陶瓷的开发都离不开薄膜的制备技术。如电子陶瓷元件超微型化需要薄膜化制备。医学和通信是电子陶瓷应用增长较快的领域。压电陶瓷继续用于诊断仪器和外科手术工具中，这些专业化领域能承受相对较高的费用。卫星播放及个人通信的膨胀将需要新的光电材料、元件和新的微型、集成化技术用于现在的微波器件中。对无机固体电解质陶瓷的探索仍将集中在以下几个方面：（a）进一步研究