第一章 电绝缘陶瓷

1、第一章第一章 电绝缘陶瓷电绝缘陶瓷一、基本知识一、基本知识二、典型低介装置瓷二、典型低介装置瓷一、概念一、概念p用于电子技术、微电子技术和光电子技术中起绝缘、用于电子技术、微电子技术和光电子技术中起绝缘、支撑、保护作用的支撑、保护作用的陶瓷装置零件陶瓷装置零件、陶瓷基片陶瓷基片以及陶瓷以及陶瓷封装封装等瓷料。等瓷料。p例如：高频绝缘子骨架、电子管底座、电阻器基片、例如：高频绝缘子骨架、电子管底座、电阻器基片、厚薄膜混合集成电路基片、微波集成电路基片等。厚薄膜混合集成电路基片、微波集成电路基片等。第一节第一节 基本知识基本知识照明绝缘陶瓷套管照明绝缘陶瓷套管 绝缘装置陶瓷绝缘装置陶瓷陶瓷基片陶瓷

2、基片陶瓷封装陶瓷封装电子用陶瓷零件电子用陶瓷零件二、性能二、性能1 电性能：电性能：p介电系数低，介电系数低， 10；信号传输延迟时间与；信号传输延迟时间与 成正比，用成正比，用于高频电路必须降低于高频电路必须降低，提高信号传输速度，减少信号延，提高信号传输速度，减少信号延迟。迟。p介电损耗小，介电损耗小，tg 为为210-4910-3；减少介电损耗，增；减少介电损耗，增大品质因素。大品质因素。p抗电强度高抗电强度高10kV/mm；p绝缘电阻高绝缘电阻高1012(20)；耐压。；耐压。r2 2 机械性能：机械性能：p抗弯强度高（抗弯强度高（4545300300）MPaMPap抗拉强度高（抗拉强

3、度高（40040020002000）MPaMPa3 3 热性能：热性能：p线热膨胀系数小，与硅芯片匹配。线热膨胀系数小，与硅芯片匹配。p热导率高，散热性能好。热导率高，散热性能好。p耐热冲击、热稳定性好。耐热冲击、热稳定性好。 普通电瓷：瓷质绝缘子。如高压电瓷，属长石普通电瓷：瓷质绝缘子。如高压电瓷，属长石 硬质瓷。硬质瓷。 氧化物氧化物 氧化铝瓷氧化铝瓷：刚玉瓷、刚玉：刚玉瓷、刚玉-莫来石瓷、莫来石瓷；莫来石瓷、莫来石瓷； 99瓷、瓷、95瓷等。瓷等。 镁质瓷：镁质瓷：滑石瓷滑石瓷、镁橄榄瓷、尖晶石瓷、堇青石瓷、镁橄榄瓷、尖晶石瓷、堇青石瓷 非氧化物：氮化铝、氮化硅、氮化硼、金刚石，属高导热

4、瓷。非氧化物：氮化铝、氮化硅、氮化硼、金刚石，属高导热瓷。 三、分类三、分类第二节第二节 典型低介装置瓷典型低介装置瓷2.1 2.1 滑石瓷滑石瓷2.2 2.2 氧化铝瓷氧化铝瓷2.3 2.3 高热导率陶瓷基片高热导率陶瓷基片一、镁质瓷一、镁质瓷 镁质瓷是以含镁质瓷是以含MgOMgO的铝硅酸盐为主晶相的陶瓷。按照瓷的铝硅酸盐为主晶相的陶瓷。按照瓷坯的主晶相不同，它可分为以下四类：滑石瓷、镁橄榄石瓷、坯的主晶相不同，它可分为以下四类：滑石瓷、镁橄榄石瓷、尖晶石瓷及董青石瓷。尖晶石瓷及董青石瓷。滑石瓷滑石瓷用于一般高频无线电设备中，用于一般高频无线电设备中，如雷达、电视机常用它来制造绝缘零件。如雷

5、达、电视机常用它来制造绝缘零件。镁橄榄镁橄榄石瓷的介质石瓷的介质损耗低，比体积电阻大，可作为高频绝缘材料。损耗低，比体积电阻大，可作为高频绝缘材料。董青石董青石瓷热瓷热膨胀系数很低，热稳定性好，用于要求体积不随温度变化、膨胀系数很低，热稳定性好，用于要求体积不随温度变化、耐热冲击的绝缘材料或电热材料。耐热冲击的绝缘材料或电热材料。第一节第一节 电介质陶瓷电介质陶瓷以滑石瓷为例以滑石瓷为例 滑石瓷因介电损耗小，是重要的高频装置瓷之滑石瓷因介电损耗小，是重要的高频装置瓷之一。由于膨胀系数大，热稳定性差，耐热性低，常一。由于膨胀系数大，热稳定性差，耐热性低，常用于机械强度及耐热性无特殊要求之处。滑石

6、为层用于机械强度及耐热性无特殊要求之处。滑石为层状结构，滑石粉为片状，有滑腻感，易挤压成型，状结构，滑石粉为片状，有滑腻感，易挤压成型，烧结后尺寸精度高，制品易进行研磨加工，价格低烧结后尺寸精度高，制品易进行研磨加工，价格低廉。廉。第一节第一节 电介质陶瓷电介质陶瓷1.1.滑石的结构滑石的结构p滑 石 瓷 分 子 式 ：滑 石 瓷 分 子 式 ：3MgO4SiO3MgO4SiO2 2HH2 2O Op滑石矿为层状结构的镁硅滑石矿为层状结构的镁硅酸盐，属单斜晶系，酸盐，属单斜晶系，SiOSiO4 4 四面体联结成连续的六方四面体联结成连续的六方平面网，活性氧离子朝向平面网，活性氧离子朝向一边，每

7、两个六方网状层一边，每两个六方网状层的活性氧离子彼此相对，的活性氧离子彼此相对，通过一层水镁氧层联结成通过一层水镁氧层联结成复合层。复合层。复合层复合层共价键共价键离子键离子键分子键分子键2.2.滑石的相变滑石的相变p120-200120-200，脱去吸附水，脱去吸附水p10001000，脱去结构水，转变为偏硅酸镁，脱去结构水，转变为偏硅酸镁p15571557，再次失去，再次失去SiSi，生成镁橄榄石，生成镁橄榄石OHSiOSiOMgOOHSiOMgO22222)(3432222)(2SiOSiOMgOSiOMgOp偏硅酸镁偏硅酸镁 呈单链状辉石结构，它有三种晶型：呈单链状辉石结构，它有三种晶

8、型：p原顽辉石是滑石瓷的主晶相，有少量斜顽辉石。原顽辉石是滑石瓷的主晶相，有少量斜顽辉石。2700212002SiOMgOSiOMgOSiOMgOCC 单斜斜方（正交）低温稳定相（斜顽辉石）高温稳定相（原顽辉石同质异构缓变（室温）232)(SiOMgSiOMgO顽辉石顽辉石原顽辉石原顽辉石 斜顽辉石斜顽辉石 滑石瓷主晶相为滑石瓷主晶相为原顽辉石原顽辉石，其微细均匀地分散，其微细均匀地分散在玻璃相中，由于玻璃相的包围，阻止了微细的原在玻璃相中，由于玻璃相的包围，阻止了微细的原顽辉石向斜顽辉石的转变。在滑石瓷的玻璃相中很顽辉石向斜顽辉石的转变。在滑石瓷的玻璃相中很少有介质损耗大的碱金属离子，并利用

9、抑制效应引少有介质损耗大的碱金属离子，并利用抑制效应引入入BaBa2+2+、CaCa3+3+等离子，减少电导和损耗。等离子，减少电导和损耗。3.3.滑石瓷的配方：滑石瓷的配方： 主要原料是滑石。为改进生坯加工性能及瓷件质量，常主要原料是滑石。为改进生坯加工性能及瓷件质量，常引入一些引入一些外加剂外加剂。如：。如：u 粘土粘土-为增加塑性及降低烧结温度。为增加塑性及降低烧结温度。u 碱土金属氧化物碱土金属氧化物-改善滑石瓷的电性能。改善滑石瓷的电性能。u 硼酸盐硼酸盐-大幅度降低烧结温度。大幅度降低烧结温度。u 氧化锆和氧化锌氧化锆和氧化锌-提高材料机械强度。提高材料机械强度。 4. 4. 滑石

10、瓷存在的问题及解决方案滑石瓷存在的问题及解决方案（1 1）老化（粉化）原因：）老化（粉化）原因：l防老化措施：用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相变；抑防老化措施：用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相变；抑制晶粒生长；去除游离石英。制晶粒生长；去除游离石英。（2 2）开裂原因：）开裂原因：l防开裂措施：防开裂措施：1300130013501350高温预烧；热压铸成型。高温预烧；热压铸成型。老化微裂纹、白斑内应力体积密度斜顽辉石原顽辉石成型过程中的定向排列外因各向异性层状结构内因)()(晶粒结构定向排列密度各向异性收缩各向异性（3 3）烧结温区过窄：）烧结温区过窄：pMgO-AlMgO-Al2 2O O

11、3 3-SiO-SiO2 2系统的最低共熔点为系统的最低共熔点为13351335，其组成为，其组成为MgO(20%)MgO(20%)、AlAl2 2O O3 3(18.3%)(18.3%)、SiOSiO2 2(61.4%)(61.4%)，与滑石瓷的组，与滑石瓷的组成非常接近，故滑石瓷在成非常接近，故滑石瓷在13501350左右开始出现液相，并左右开始出现液相，并随温度的升高，液相数量急剧增加，使坯体软化、变形、随温度的升高，液相数量急剧增加，使坯体软化、变形、甚至报废。甚至报废。p由于粉料经高温预烧后活性下降，烧结温度过低会出现由于粉料经高温预烧后活性下降，烧结温度过低会出现生烧。因此滑石瓷的

12、烧结温区一般为生烧。因此滑石瓷的烧结温区一般为10102020。p扩大烧结温区的措施：扩大烧结温区的措施：扩展下限：扩展下限：a a）提高粉料的活性：粉料细化，降低预烧温度或采用一次）提高粉料的活性：粉料细化，降低预烧温度或采用一次配料成瓷；配料成瓷；b b）加入助熔剂）加入助熔剂BaCOBaCO3 3：在：在800800950950出现出现Ba-Al-SiBa-Al-Si玻璃，玻璃，包裹偏硅酸镁晶粒促进烧结；包裹偏硅酸镁晶粒促进烧结；扩展上限：扩展上限：a a）提高玻璃相黏度；）提高玻璃相黏度；b b）加入）加入ZrOZrO2 2、ZnOZnO，使，使Mg-Al-SiMg-Al-Si液相黏度

13、大，坯体不易变液相黏度大，坯体不易变形。形。5.5.滑石瓷的用途滑石瓷的用途 滑石瓷便宜，但热稳定性差，主要用于制造滑石瓷便宜，但热稳定性差，主要用于制造p绝缘子绝缘子p线圈骨架线圈骨架p波段开关波段开关p管座管座p电阻基体。电阻基体。6.6.其他滑石类瓷简介其他滑石类瓷简介（1）镁橄榄石瓷（）镁橄榄石瓷（MgOSiO2）：）： “幸福之石幸福之石”、“太阳的宝石太阳的宝石”。p镁橄榄石瓷在高温、高频下介电性能优于滑石瓷；镁橄榄石瓷在高温、高频下介电性能优于滑石瓷；p高温下，绝缘电阻高；高温下，绝缘电阻高；p热膨胀系数与热膨胀系数与Ti-Ag-Cu或或Ti-Ni合金相匹配，有利于真合金相匹配，

14、有利于真空封接；空封接；p可作金属膜电阻，碳膜电阻和绕线电阻的基体；可作金属膜电阻，碳膜电阻和绕线电阻的基体；p线膨胀系数大，抗热冲击性能差。线膨胀系数大，抗热冲击性能差。镁橄榄石瓷在高温及高频时的电性能镁橄榄石瓷在高温及高频时的电性能介电常数介电常数 介质损耗介质损耗tgtg （1010- -4 4）电阻率电阻率 （）10106 6HzHz6.546.543.73.710101010HzHz6.366.365 52020101012121010141420020010101212600 600 10104 410108 8（2）堇青石瓷（）堇青石瓷（2MgO2Al2O35SiO2）：）： “

15、穷人家的蓝宝石穷人家的蓝宝石”p线膨胀系数在陶瓷材料中最小；线膨胀系数在陶瓷材料中最小；p烧成温度范围很窄（几度）；烧成温度范围很窄（几度）；p材料中离子排列不够紧密，晶格内存在大的空隙，材料中离子排列不够紧密，晶格内存在大的空隙，很难烧结；很难烧结；p机电性能差。机电性能差。二、氧化铝瓷二、氧化铝瓷 最初用于汽车火花塞。火花塞工作环境极为最初用于汽车火花塞。火花塞工作环境极为恶劣，点火瞬间恶劣，点火瞬间T T上升至上升至30003000，压力高达，压力高达4MPa4MPa，急冷急热，必须耐热冲击。还要保证绝缘性，耐急冷急热，必须耐热冲击。还要保证绝缘性，耐高电压。机械性能好。高电压。机械性能

16、好。1.1.氧化铝瓷的分类、性能与用途氧化铝瓷的分类、性能与用途（1 1）分类：）分类：p以以AlAl2 2O O3 3为主要原料，为主要原料，-Al-Al2 2O O3 3为主晶相的陶瓷称为氧化为主晶相的陶瓷称为氧化铝瓷。铝瓷。p根据氧化铝瓷的含量，将氧化铝瓷分为莫来石瓷、刚玉根据氧化铝瓷的含量，将氧化铝瓷分为莫来石瓷、刚玉- -莫来石瓷、刚玉瓷，含莫来石瓷、刚玉瓷，含AlAl2 2O O3 375%75%以上的称为高铝瓷。以上的称为高铝瓷。p根据氧化铝瓷的颜色和透光性能，可分为白色根据氧化铝瓷的颜色和透光性能，可分为白色AlAl2 2O O3 3瓷、瓷、黑色黑色AlAl2 2O O3 3

17、瓷、透明瓷、透明AlAl2 2O O3 3 瓷。瓷。氧化铝陶瓷按氧化铝陶瓷按AlAl2 2O O3 3含量分类含量分类瓷料类别瓷料类别AlAl2 2O O3 3含量含量相组成相组成结晶相结晶相玻璃相玻璃相莫来石瓷莫来石瓷45457070858590%90%莫来石莫来石101015%15%刚玉莫来石瓷刚玉莫来石瓷70709090808090%90%莫来石和刚玉莫来石和刚玉101020%20%刚玉瓷刚玉瓷909099.599.58080100%100%刚玉刚玉101020%20%或以下或以下（2 2）性能：）性能：p随随AlAl2 2O O3 3含量的增加，含量的增加，AlAl2 2O O3 3的

18、机电性能和热性能愈来愈好，的机电性能和热性能愈来愈好，表现在：表现在：，硬度，硬度，tgtg，热导率，热导率；p随随AlAl2 2O O3 3含量的增加，氧化铝瓷的工艺性能却愈来愈差，含量的增加，氧化铝瓷的工艺性能却愈来愈差，表现在：可塑性表现在：可塑性，烧结温度，烧结温度，机加工难度，机加工难度，对原，对原材料的要求材料的要求。（3 3）用途：）用途：p用于一般滑石瓷场所；用于一般滑石瓷场所；p高温、高压、高频、大功率特殊情况下；高温、高压、高频、大功率特殊情况下；p特殊环境，如：特殊环境，如：集成电路外壳（黑色集成电路外壳（黑色AlAl2 2O O3 3）钠灯（透明钠灯（透明AlAl2 2

19、O O3 3）宇宙飞船的视窗（透明宇宙飞船的视窗（透明AlAl2 2O O3 3）2.2.氧化铝瓷原料的制备氧化铝瓷原料的制备（1 1）天然矿物：）天然矿物：p由铝矾土矿（由铝矾土矿（AlAl2 2O O3 33H3H2 2O O）经化学方法处理得到，是炼）经化学方法处理得到，是炼铝工业生产的中间产物，纯度不高，铝工业生产的中间产物，纯度不高，20208080mm。p氧化铝的三种晶型：高温氧化铝的三种晶型：高温型、低温型、低温型和中温的型和中温的型，型，只有只有-Al-Al2 2O O3 3具有优良的电器性能，结构紧密、硬度大、具有优良的电器性能，结构紧密、硬度大、损耗小、绝缘好，损耗小、绝缘

20、好，-Al-Al2 2O O3 3的性能最差。故对工业的性能最差。故对工业AlAl2 2O O3 3在配料前必须经高温煅烧（预烧），使在配料前必须经高温煅烧（预烧），使-Al-Al2 2O O3 3- -AlAl2 2O O3 3。l预烧的作用：预烧的作用：促使晶型转变；促使晶型转变；减少坯体的烧结收缩率，保证产品尺寸的准确性；减少坯体的烧结收缩率，保证产品尺寸的准确性；可使碱金属离子减少或去除，起纯化的作用，破坏可使碱金属离子减少或去除，起纯化的作用，破坏AlAl2 2O O3 3颗粒聚集状态，以获得细颗粒的原料。颗粒聚集状态，以获得细颗粒的原料。（2 2）化学法：）化学法：p铝的草酸盐热分

21、解铝的草酸盐热分解p醇盐水解醇盐水解psol-gelsol-gel法法 可获得高纯、高均匀度的超可获得高纯、高均匀度的超细粉料细粉料, ,平均粒径平均粒径101030nm30nm，比，比表面积表面积55055010%m10%m2 2/g/g，纯度高达，纯度高达99%99%以上。以上。（3 3）冷冻干燥法：）冷冻干燥法：p将含将含AlAl3+3+溶液雾化成微小液滴，快速冻结为固体，加热使溶液雾化成微小液滴，快速冻结为固体，加热使液滴中的水升华气化，干燥形成无水盐，焙烧后得到球液滴中的水升华气化，干燥形成无水盐，焙烧后得到球型颗粒。型颗粒。p特点：特点：疏松而脆，容易粉碎成均匀，超细原料；疏松而脆

22、，容易粉碎成均匀，超细原料；成分均匀；成分均匀；适于批量化生产，设备简单，成本低。适于批量化生产，设备简单，成本低。3.3.降低烧结温度、改进工艺性能的措施降低烧结温度、改进工艺性能的措施p加入变价金属氧化物加入变价金属氧化物MnOMnO2 2、TiOTiO2 2，使，使AlAl2 2O O3 3晶格活化，有晶格活化，有效降低烧结温度。效降低烧结温度。p加入助熔剂，纯固相烧结变为固液烧结。加入助熔剂，纯固相烧结变为固液烧结。p利用超细粉体，提高粉体烧结活性。利用超细粉体，提高粉体烧结活性。p采用还原气氛烧结或热压烧结。采用还原气氛烧结或热压烧结。 4. 4. 刚玉莫来石瓷及莫来石瓷刚玉莫来石瓷

23、及莫来石瓷 （1 1）概述）概述 纯氧化铝陶瓷的晶相是纯氧化铝陶瓷的晶相是刚玉刚玉，其机电性能优异，其机电性能优异, ,但它要求但它要求的烧结温度很高的烧结温度很高(1800(1800左右左右),),因此因此, ,在一般要求下在一般要求下, ,常生产常生产BaOBaOA1A12 2O O3 3SiOSiO2 2系统的陶瓷。系统的陶瓷。 根据其组成不同根据其组成不同, ,可生产出性能优良的莫来石可生产出性能优良的莫来石(mullite)(mullite)瓷、刚玉瓷、刚玉- -莫来石瓷和钡长石瓷。莫来石瓷和钡长石瓷。 莫来石瓷莫来石瓷是以是以莫来石莫来石(3A1(3A12 2O O3 32SiO2

24、SiO2 2) )和和石英石英(SiO(SiO2 2) )为主为主晶相的陶瓷晶相的陶瓷, ,电子工业中的高频瓷常属于这一类陶瓷电子工业中的高频瓷常属于这一类陶瓷, ,它是应它是应用最早的高频装置瓷。莫来石瓷生产工艺性能好用最早的高频装置瓷。莫来石瓷生产工艺性能好, ,但机械强但机械强度和电气性能较差度和电气性能较差, ,因此只用来作一般的高频装置零件；由因此只用来作一般的高频装置零件；由于它具有表面的微细结构于它具有表面的微细结构, ,可以作为沉积碳膜的基体可以作为沉积碳膜的基体, ,故目前故目前仍被大量用来制作碳膜电阻的基体。仍被大量用来制作碳膜电阻的基体。BaOA12O3SiO2系统的陶瓷

25、系统的陶瓷 天然的莫来石是极少存在的，但把粘士或天然的莫来石是极少存在的，但把粘士或A1A12 2O O3 3- SiO- SiO2 2系材料在高温下进行热处理则很容易析出莫来石。因为莫系材料在高温下进行热处理则很容易析出莫来石。因为莫来石在来石在18281828时并非一致熔融，所以比氧化铝的耐热性差，时并非一致熔融，所以比氧化铝的耐热性差，但热膨胀系数小，抗热冲击性好。莫来石的结晶呈针状，但热膨胀系数小，抗热冲击性好。莫来石的结晶呈针状，这使得晶粒之间相互交叉，减少了滑移，从而在高温荷重这使得晶粒之间相互交叉，减少了滑移，从而在高温荷重下的变形小。因此常用于制造热电偶保护管、电绝缘管等下的变

26、形小。因此常用于制造热电偶保护管、电绝缘管等耐热电绝缘陶瓷。耐热电绝缘陶瓷。莫来石的形成莫来石的形成 刚玉刚玉- -莫来石瓷莫来石瓷的结晶相：的结晶相：刚玉和莫来石相刚玉和莫来石相的共存的共存, , 主要原料：主要原料：粘土粘土、氧化铝氧化铝和和碳酸盐碳酸盐。 刚玉刚玉- -莫来石瓷的莫来石瓷的特点特点：电性能较好、机械强度较高、：电性能较好、机械强度较高、热稳定性能好、工艺性能好、烧结温度不高且范围宽、还热稳定性能好、工艺性能好、烧结温度不高且范围宽、还可与釉烧结一次完成。可与釉烧结一次完成。 刚玉刚玉- -莫来石瓷的莫来石瓷的用途用途：制造要求不十分严格的高频：制造要求不十分严格的高频装置

27、零件装置零件, ,如高频高压绝缘子、线圈骨架、电容器外壳及如高频高压绝缘子、线圈骨架、电容器外壳及其他绝缘支柱、高压开关、套管及其他大型装置器件等。其他绝缘支柱、高压开关、套管及其他大型装置器件等。（2 2）莫来石瓷及刚玉）莫来石瓷及刚玉- -莫来石瓷的配方莫来石瓷的配方 莫来石瓷及刚玉莫来石瓷及刚玉- -莫来石瓷属于高铝瓷的范畴莫来石瓷属于高铝瓷的范畴, ,其烧结其烧结温度高温度高, ,为了降低烧结温度为了降低烧结温度, ,常以天然矿物和化工原料形式常以天然矿物和化工原料形式引入碱土金属氧化物作外加剂引入碱土金属氧化物作外加剂, ,常作外加剂的有常作外加剂的有BaOBaO、SrOSrO、Ca

28、OCaO、MgOMgO等。外加剂中应避免碱金属氧化物的混入。等。外加剂中应避免碱金属氧化物的混入。 配方中各组份的作用简述如下：配方中各组份的作用简述如下： 粘土粘土：粘土或高岭土加热分解生成莫来石。此外：粘土或高岭土加热分解生成莫来石。此外, ,它赋它赋予坯体良好的可塑性，便于成型。粘土中含有害杂质较多予坯体良好的可塑性，便于成型。粘土中含有害杂质较多, ,会导致瓷坯的电性能显著恶化会导致瓷坯的电性能显著恶化, ,因此粘土的用量不可过多。因此粘土的用量不可过多。 工业氧化铝工业氧化铝：工业氧化铝能转化成刚玉，又能与粘土工业氧化铝能转化成刚玉，又能与粘土分解后的游离石英生成二次莫来石分解后的游

29、离石英生成二次莫来石, A1, A12 2O O3 3的含量增加会使瓷的含量增加会使瓷坯的性能有所提高坯的性能有所提高 氧化钙氧化钙：CaOCaO能够增进二次莫来石化的程度能够增进二次莫来石化的程度, ,还能与还能与A1A12 2O O3 3、SiOSiO2 2及其它物质生成低熔点的钙玻璃及其它物质生成低熔点的钙玻璃, ,不但除去了坯不但除去了坯体中游离石英体中游离石英, ,还能起助熔作用还能起助熔作用, ,促进烧结。促进烧结。 氧化镁氧化镁：MgOMgO能增进二次莫来石化的程度，还可抑制能增进二次莫来石化的程度，还可抑制刚玉晶体的二次再结晶、降低烧结温度。刚玉晶体的二次再结晶、降低烧结温度。

30、 滑石滑石：能够活跃地与其他物质化合，起到矿化、助熔：能够活跃地与其他物质化合，起到矿化、助熔等作用。等作用。 碳酸钡碳酸钡: :氧化钡与氧化钡与A1A12 2O O3 3、SiOSiO2 2等生成低熔点的钡玻璃等生成低熔点的钡玻璃, ,有利于瓷坯的烧结。钡玻璃中的钡离子是碱土金属重离子有利于瓷坯的烧结。钡玻璃中的钡离子是碱土金属重离子, ,本身的迁移和松弛现象较低本身的迁移和松弛现象较低, ,同时还能对少量的同时还能对少量的K K+ +和和NaNa+ +离子离子起抑制效应起抑制效应, ,减少迁移和松弛现象，从而大大降低介质损耗减少迁移和松弛现象，从而大大降低介质损耗, ,改善瓷坯的电气性能。

31、改善瓷坯的电气性能。 其它外加剂可作助熔剂、矿化剂、改性剂及晶粒抑制剂其它外加剂可作助熔剂、矿化剂、改性剂及晶粒抑制剂, ,如：如：SrCOSrCO3 3、萤石、萤石(CaF(CaF2 2) )及焦硼酸钡等。及焦硼酸钡等。 （3 3）生产工艺）生产工艺 莫来石瓷及刚玉莫来石瓷及刚玉- -莫来石瓷含有相当的粘土，莫来石瓷含有相当的粘土，具有一定的可塑性具有一定的可塑性, ,可按一般陶瓷的生产过程加工处可按一般陶瓷的生产过程加工处理。理。 原料加工：原料细度对制品的烧结温度及性原料加工：原料细度对制品的烧结温度及性能有很大的影响。粒度愈细能有很大的影响。粒度愈细, ,烧结温度愈低，抗折强烧结温度愈

32、低，抗折强度愈高。在生产过程中要尽量避免铁质及其它杂质度愈高。在生产过程中要尽量避免铁质及其它杂质混入。混入。 成型：坯料的成型：坯料的可塑性较差可塑性较差，陈腐、有机塑化，陈腐、有机塑化剂。根据制品的形状及坯料的性质，决定方法，如剂。根据制品的形状及坯料的性质，决定方法，如干压、挤坯、车坯、注浆、热压注或等静压等。干压、挤坯、车坯、注浆、热压注或等静压等。 烧结：莫来石瓷及刚玉烧结：莫来石瓷及刚玉- -莫来石瓷属于莫来石瓷属于液相液相烧结烧结。在烧成中存在两大问题。在烧成中存在两大问题。三、高热导率陶瓷基片三、高热导率陶瓷基片1.1.基片应具有的机电性能基片应具有的机电性能p高热导率，低膨胀

33、系数，高绝缘电阻和抗电强度，低介高热导率，低膨胀系数，高绝缘电阻和抗电强度，低介电常数和低的介质损耗。电常数和低的介质损耗。p机械性能优良，易机械加工。机械性能优良，易机械加工。p表面平滑度好，气孔率小，微晶化。表面平滑度好，气孔率小，微晶化。p规模生产具可行性，适应金属化、成本低。规模生产具可行性，适应金属化、成本低。2.2.电介质导热机制电介质导热机制p金属导热的主要机制金属导热的主要机制是通过大量质量很轻是通过大量质量很轻的自由电子的运动来的自由电子的运动来迅速实现热量的交换，迅速实现热量的交换，因而具有较大的热导因而具有较大的热导率。率。p陶瓷是绝缘体，没有自由电子，其热传导机理是由晶

34、格陶瓷是绝缘体，没有自由电子，其热传导机理是由晶格振动的格波来实现的，根据量子理论，晶格波或热波可振动的格波来实现的，根据量子理论，晶格波或热波可以作为声子的运动来描述，即热波既具有波动性，又具以作为声子的运动来描述，即热波既具有波动性，又具有粒子性。通过声子间的相互碰撞，高密度区的声子向有粒子性。通过声子间的相互碰撞，高密度区的声子向低密度区扩散，声子的扩散同时伴随着热的传递。低密度区扩散，声子的扩散同时伴随着热的传递。 T1高温端高温端 T2低温端低温端声子热传导（类似于气体）声子热传导（类似于气体）3.3.高导热晶体的结构特征高导热晶体的结构特征p都是由原子量较低的元素构成的共价键或共价

35、键很强的都是由原子量较低的元素构成的共价键或共价键很强的单质晶体或二元化合物晶体；键强高，键有方向性，限单质晶体或二元化合物晶体；键强高，键有方向性，限制晶体结构单元的热起伏，减少对声子的散射。制晶体结构单元的热起伏，减少对声子的散射。p结构单元种类较少，原子量或平均原子量均较低；结构结构单元种类较少，原子量或平均原子量均较低；结构单元增多和质量增大都会增强对晶格波的干扰和散射。单元增多和质量增大都会增强对晶格波的干扰和散射。p不是层状结构；沿层片方向为强的共价键结合，使沿此不是层状结构；沿层片方向为强的共价键结合，使沿此方向具有高的热导率，而层片间弱的结合力，使沿垂直方向具有高的热导率，而层

36、片间弱的结合力，使沿垂直方向的热导率显著下降。方向的热导率显著下降。4.4.高导热陶瓷材料特征高导热陶瓷材料特征（1 1）氧化铍瓷（）氧化铍瓷（BeOBeO）：）：Be-OBe-O共价键较强，共价键较强，平均原子量仅平均原子量仅1212。p关键：降低烧结温度关键：降低烧结温度p添加剂：添加剂：MgOMgO、AlAl2 2O O3 3p问题：加入添加剂会使热导率降低问题：加入添加剂会使热导率降低（2 2）氮化铝瓷（）氮化铝瓷（AlNAlN）：）：Al-NAl-N共价键强，平均原共价键强，平均原子量子量20.4920.49。p热导率高，热膨胀系数与热导率高，热膨胀系数与SiSi接近，接近，3 33

37、.83.8。第二章第二章 电容器陶瓷电容器陶瓷高频介质陶瓷：制造高频介质陶瓷：制造类瓷介电容器（类瓷介电容器（GB3663-83)GB3663-83)的陶瓷电介质。与装置瓷、铁电陶瓷相比：的陶瓷电介质。与装置瓷、铁电陶瓷相比：介电常数高，介电常数高，8.58.5900900；介质损耗小，一般介质损耗小，一般tgtg小于小于6 61010-4-4；介电系数温度系数的范围很宽，且要求系列化。介电系数温度系数的范围很宽，且要求系列化。2.1.4 2.1.4 非铁电电容器陶瓷非铁电电容器陶瓷 非铁电高介电电容器陶瓷的品种繁多。按照材非铁电高介电电容器陶瓷的品种繁多。按照材料介电系数的温度系数料介电系数

38、的温度系数，可分为温度补偿电容器，可分为温度补偿电容器陶瓷及温度稳定电容器陶瓷两类。陶瓷及温度稳定电容器陶瓷两类。 国家标准，国家标准，类陶瓷介质按照温度系数的大小类陶瓷介质按照温度系数的大小分为相应的组别。分为相应的组别。2.1.4 2.1.4 非铁电电容器陶瓷非铁电电容器陶瓷一、温度补偿电容器陶瓷一、温度补偿电容器陶瓷高频温度补偿电容器陶瓷的介电系数在高频温度补偿电容器陶瓷的介电系数在650650以下，介电常数以下，介电常数的温度系数较小，而且可通过组成的调整，使介电常数的温的温度系数较小，而且可通过组成的调整，使介电常数的温度系数灵活地变化。介电常数的温度系数常为负值，用来补度系数灵活地

39、变化。介电常数的温度系数常为负值，用来补偿回路中电感的正温度系数，使回路的谐振频率保持稳定。偿回路中电感的正温度系数，使回路的谐振频率保持稳定。1.1.金红石瓷金红石瓷2.2.钛酸钙陶瓷钛酸钙陶瓷p1.1.金红石瓷金红石瓷 金红石瓷是一种利用较早的高介电材料，其金红石瓷是一种利用较早的高介电材料，其主晶相为金红石（主晶相为金红石（TiOTiO2 2）。）。介电系数较高：介电系数较高：约约808090, 90, 有较大的负值约有较大的负值约为（为（-750-750850850）1010-6-6/, /, 介质损耗很小。介质损耗很小。温度补偿电容器陶瓷温度补偿电容器陶瓷（1 1）配方中各种组成的作

40、用或要求作简要说明：）配方中各种组成的作用或要求作简要说明： Ti02 金红石瓷的主晶相化学组成是金红石瓷的主晶相化学组成是Ti0Ti02 2，其加入数量、形态、，其加入数量、形态、晶粒大小等均会影响瓷体的性能。晶粒大小等均会影响瓷体的性能。Ti0Ti02 2中常含锐钛矿晶型的中常含锐钛矿晶型的Ti0Ti02 2, ,因此需在因此需在1100110013001300预烧，以减少瓷体烧成时的晶预烧，以减少瓷体烧成时的晶型转变和收缩。型转变和收缩。Ti0Ti02 2的活性、晶粒大小及烧结温度与预烧温的活性、晶粒大小及烧结温度与预烧温度有关。经预烧过的度有关。经预烧过的Ti0Ti02 2活性降低，因

41、此工厂一般采用未预活性降低，因此工厂一般采用未预烧和预烧的烧和预烧的Ti0Ti02 2以一定比例配合使用。以一定比例配合使用。 高岭土、膨润土高岭土、膨润土 Ti0 Ti02 2没有可塑性，高岭土的加入可增加可塑性，降低烧结没有可塑性，高岭土的加入可增加可塑性，降低烧结温度。当采用挤管或车坯等可塑法成型时，可塑性要求更高，温度。当采用挤管或车坯等可塑法成型时，可塑性要求更高，需要部分膨润土代替部分高岭土，但一般应少于需要部分膨润土代替部分高岭土，但一般应少于4 4。 碱土金属化合物碱土金属化合物 由于引入部分高岭土、膨润土，带入碱金属离子，使电由于引入部分高岭土、膨润土，带入碱金属离子，使电性

42、能恶化，因此可利用压抑效应提高电性能。另外，它们也性能恶化，因此可利用压抑效应提高电性能。另外，它们也可起降低烧结温度的作用。一般可起降低烧结温度的作用。一般CaFCaF2 2加入量加入量21010。微波介质陶瓷的基本性能要求微波介质陶瓷的基本性能要求微波介质陶瓷的基本性能要求微波介质陶瓷的基本性能要求p2)2)在在-50-50+100+100谐振频率温度系数谐振频率温度系数f f该尽可能小，保证其该尽可能小，保证其在士在士30ppm/30ppm/以内，以确保高的频率稳定性。微波介质谐以内，以确保高的频率稳定性。微波介质谐振器一般是以介质材料的某种谐振模式下的谐振频率为中振器一般是以介质材料的

43、某种谐振模式下的谐振频率为中心工作频率，如果谐振频率温度系数过大，微波器件的中心工作频率，如果谐振频率温度系数过大，微波器件的中心频率将会产生较大的漂移，从而使器件无法稳定工作。心频率将会产生较大的漂移，从而使器件无法稳定工作。近于零的谐振频率温度系数是微波介质陶瓷材料研究者最近于零的谐振频率温度系数是微波介质陶瓷材料研究者最为关心的微波介电性能之一，对温度系数可调性的探索使为关心的微波介电性能之一，对温度系数可调性的探索使得许多新微波介电陶瓷得以开发。得许多新微波介电陶瓷得以开发。 对介质谐振器而言，其频率温度系数对介质谐振器而言，其频率温度系数f与介质的与介质的和和热膨胀系数热膨胀系数的关

44、系为的关系为: 作为理想的介质谐振器作为理想的介质谐振器f=0，而，而一般为一般为+(510)10-6/，因此，因此，介质材料的介质材料的应选择在应选择在-(1020)10-6/范围内最为适合范围内最为适合。微波介质陶瓷的基本性能要求微波介质陶瓷的基本性能要求p3)3)在微波频段，介质损耗要小。在微波频段下，介电损耗在微波频段，介质损耗要小。在微波频段下，介电损耗要小，即介质的品质因子要高。要小，即介质的品质因子要高。使用低损耗的介质材料可以改善谐振器件的品质因子使用低损耗的介质材料可以改善谐振器件的品质因子, ,对稳频用的谐振器来说对稳频用的谐振器来说, ,高高Q Q可以提高谐振频率控制精度

45、可以提高谐振频率控制精度, ,抑制回路中的电子噪声。对滤波器来说抑制回路中的电子噪声。对滤波器来说, ,高高Q Q可以提高同带边可以提高同带边缘信号频率相应陡度缘信号频率相应陡度, ,提高频率的利用率。提高频率的利用率。在工作频率下在工作频率下,Q1000,Q1000即可满足基本的应用要求。即可满足基本的应用要求。此外此外, ,对于在某种具体条件下工作的微波介质陶瓷对于在某种具体条件下工作的微波介质陶瓷, ,除了满除了满足以上介电性能要求外足以上介电性能要求外, ,也要考虑到材料的传热系数、绝缘也要考虑到材料的传热系数、绝缘电阻、相对密度和可加工性等因素。同时，材料还应该具电阻、相对密度和可加

46、工性等因素。同时，材料还应该具有良好的物理、化学稳定性、热膨胀系数小、机械强度大有良好的物理、化学稳定性、热膨胀系数小、机械强度大等性能且材料表面、内部缺陷应尽可能少。等性能且材料表面、内部缺陷应尽可能少。p（1 1）低）低和高和高Q Q值的值的MWDCMWDC。低。低和高和高Q Q值的微波介质陶瓷主值的微波介质陶瓷主要是要是BaO-MgO-TaBaO-MgO-Ta2 2O O5 5、BaO-ZnO-TaBaO-ZnO-Ta2 2O O5 5或或BaO-MgO-NbBaO-MgO-Nb2 2O O5 5、BaO-BaO-ZnO-NbZnO-Nb2 2O O5 5系统或它们之间的复合系统系统或它

47、们之间的复合系统MWDCMWDC材料。其材料。其=25=253030，Q=(1Q=(13)3)10104 4( (在在f10GHzf10GHz下下) )，f f00。主。主要用于要用于f8GHzf8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。件。p具有具有A(BB)OA(BB)O3 3型结构的复合钙钛矿材料。因为具有低介型结构的复合钙钛矿材料。因为具有低介电损耗电损耗tantan和高介电常数而被广泛用作微波介质谐振器。和高介电常数而被广泛用作微波介质谐振器。Ba(ZnBa(Zn1/31/3TaTa2/32/3)O)O3 3(BZT)(BZT)就是这类材

48、料的典型代表，它的介电就是这类材料的典型代表，它的介电常数常数2929，在，在10GHz10GHz下品质因素下品质因素Q9000Q9000，谐振频率温度，谐振频率温度系数系数f f1 11010-6-6/。根据研究，在微波频率下，品质。根据研究，在微波频率下，品质因素因素Q Q随着钙钛矿晶胞的随着钙钛矿晶胞的B B位位ZnZn2+2+、TaTa5+5+的增加而增大。的增加而增大。 微波介质陶瓷的分类及研究现状微波介质陶瓷的分类及研究现状p（2 2）中等）中等和和Q Q值的值的MWDCMWDC。主要是以。主要是以BaTiBaTi4 4O O9 9、BaBa2 2TiTi9 9O O2020和和(Zr,Sn)TiO(Zr,Sn)TiO4 4等为基的微波介质材料，其中的等为基的微波介质材料，其中的4040，Q=(6Q=(69)9)10103 3( (在在f=3f=34GHz4GHz下下) )，f f551010-6-6/。主要。主要用于用于4 48GHz8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。为介质谐振器件。p国外报道的研究结果表明：在国外报道的研究结果