先进陶瓷材料

1、功能陶瓷材料及其应用研究进展发布时间：2008-02-29 HYPERLINK / /多层压电变压器及其背光电源具有高功率密度、高转换效率、薄型化和低 成本等特点。基于缺陷化学原理和无晶粒长大的致密化烧结动力学，制备了亚微 米/纳米晶钛酸钡基陶瓷及其薄层化*金属内电极mlcc。研制了低烧铁氧体材料 及其片式电感器。介绍了压电陶瓷超声徽马达的结构与特性。功能陶瓷是具有电、 磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。功能陶瓷材料种类繁多， 用途广泛，主要包括铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各 异的新型陶瓷材料。它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工 等现代高新

2、技术领域的重要基础材料。功能陶瓷及其新型电子元器件对信息产业的发展和综合国力的增强具有 重要的战略意义。电子信息技术的集成化和微型化的发展趋势，推动电子技术产 品日益向微型、轻量、薄型、多功能和高可*的方向发展。功能陶瓷元器件多层 化、片式化、集成化、模块化和多功能化以及高性能低成本是其发展的总趋势。 本文着重介绍部分功能陶瓷及其片式元器件应用研究的新进展。1.铁电陶瓷及其高性能片式元器件 多层片式陶瓷电容器(mlcc)是一种量 大面广的重要电子元器件，广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。大容 量、薄层化、低成本、高可*等是mlcc发展的主要方向。mlcc是陶瓷介质材料、 相关辅助材料以

3、及精细制备工艺相结合的高技术产品。陶瓷介质材料是影响mlcc诸多性能的关键因素。钛酸钡铁电陶瓷是mlcc 的主流材料。它在居里点附近虽然有较高的介电常数，但其温度变化率也较大。 温度稳定型x7r mlcc是一种有广泛而重要用途的片式元件。如何保证高介电常 数与低容温变化率兼优是一个技术难题。研究结果表明：通过添加物复合掺杂， 控制烧结过程以形成化学成分不均匀的“芯(铁电相)-壳(顺电相)”结构，所制 备的钛酸钡基x7r502 mlcc材料的室温介电常数可达5000左右，室温介电损耗小 于1%,电阻率为10113 ?m。，击穿场强高于5 kv/mm，容温变化率小于或等于士 10%。 它为制备车用

4、咼可*大容量x7r mlcc提供了关键新材料。发展新一代超薄型大容量*金属内电极mlcc对陶瓷材料和制备工艺提出 了许多科学与技术方面的问题。mlcc的层厚由原来的几十微米降到几微米，甚 至1-3m。这对陶瓷介质材料的晶粒尺寸及微观结构的控制提出更高要求，即需 要制备亚微米/纳米晶钛酸钡陶瓷。采用ni*金属内电极(base metal electrode, bme )制备mlcc，必须研制抗还原烧结钛酸钡陶瓷介质材料。由于ni/ni0的平衡 氧分压很低，ni电极在氧化气氛中烧结极易氧化而失去电极作用。解决钛酸钡 陶瓷在低氧分压气氛烧结而不被还原的缺陷化学原理为bme mlcc的实用化和产 业化

5、提供了理论与技术指导。近年来，bme mlcc的产业化规模及其在片式多层陶瓷电容器的市场占有 率不断增大，应用于高端产品的材料和技术仍是当前bme mlcc的研究热点和难 点。采用高品质钛酸钡粉体和受主、施主以及稀土掺杂，通过独特的烧结工艺， 制备了高性能亚微米晶钛酸钡x7r(302)抗还原瓷料。陶瓷晶粒100-400nm，室温 介电常数2000-3600，击穿场强l0kv/mm，绝缘电阻率为10103 ?m，容温变化率 小于或等于12%,室温介电损耗小于0. 8%。所研制的x7r 302亚微米晶(300nm)*金属mice具有细晶、高介电常数和高的耐压特性，为新一代薄层化bme mice 提

6、供了关键材料与技术。2压电陶瓷及其新型压电元器件基于过渡液相烧结机制，通过精选材料组 成体系和添加物改性，研制了一系列高性能与低温烧结兼优的压电陶瓷材料。其 中铌镁-锭镍-锆钛酸铅(pmn 一 pnn 一 pzt)四元系压电陶瓷通过添加适量lico3, 和zno,烧结温度降至820960C，材料仍有很好的压电性能。例如：当烧结温 度为900C，压电常数(d33)为700pc/n，机电耦合系数kp为0. 74，室温介电常 数( 33 / o)为3590，介电损耗(tan6 )为210 x 10-4。该低温烧结压电瓷料用 于制备压电厚膜微泵。适当改性的铌镁-铌锌-锆钛酸铅(pmn 一 pzn 一

7、pzt)压电 陶瓷为低烧片式多层压电变压器mpt提供了关键材料。该材料烧结温度在1000C 左右，kp 为0.60, d33为300pc/n, tan6 小于或等于50 x10-4，133/ o 为 1050。 所制备的mpt具有低驱动电压、高升压比、薄型片式化、无燃烧短路隐患、能量 转换效率高、适合表面安装、无电磁干扰等诸多优点。mpt及其液晶显示器(led) 背光电源的应用研究与产业化已取得新的进展。伴随着数字化信息技术的发展，低功耗、小型化、数字化、多功能的显示 技术日益受到重视。液晶显示器(led)是片式压电变压器的重要应用领域之一。 通过有限元分析和多普勒激光扫描测振仪对mpt半波与

8、全波谐振的振动模态与 机电谐振特性进行的分析表明，mpt谐振状态下沿长度方向的质点位移随输入电 压的增大呈现规律变化，最大的位移发生在端部。对半波谐振而言，节点位置并 非在mpt的正中间，为其最佳节点位置。这种非对称的位移分布可能与横-纵向 振模mpt的结构不对称有关。驱动方式与条件的优化对改进mpt的负载特性与能 力、提高其转换效率有重要影响。近些年来发展起来的超声波马达是一种基于压电陶瓷的逆压电效应及其 超声波振动实现驱动的新型驱动器，由于其具有低速下大力矩输出、功率密度高、 响应速度快、无源自锁、无电磁干扰、控制精度高和控制灵活等特点，越来越受 到人们的关注。压电微马达的力矩比静电微电机

9、高3-4个量级；比电磁微电机高 1-2个量级。特别是它独有的高功率密度，使其非常适合电机小型化的发展要求。 在管状压电微马达的基础上，利用实心压电陶瓷棒制备出性能更好的微型马达， 压电陶瓷棒微型化及制备工艺较简单，所制备的直径3mm陶瓷棒微型马达最大输 出力矩可达4.1 x 10-11?nm,是已见报道的1.5mm管状陶瓷微马达输出力矩的10 倍，且最大转速不低于300r/ min，质量仅0.8g。采用降频增幅机构其驱动频率 仅为60khz左右，驱动频率明显低于其它类型微电机，相当于直径30mm的环形行 波马达。压电陶瓷棒超声波马达的尺寸可小于1 mm,甚至可以小到100m左右。3.低烧软磁铁

10、氧体及其片式电感器以高性能低烧软磁铁氧体材料为介质 的多层片式电感器是电感类元件发展的方向。目前这类元件已形成了规模相当大 的产业和市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、 家电、办公自动化等。随着第3代移动通信技术、数字电视、高速计算机、蓝牙 产品等新一代数字化电子产品的推出和世界各国电磁干扰(emi)控制标准的相继 制订，对各种片式电感类元件，特别是抗emi类片式电感元件的需求将急剧上升。 为适应咼感量和大功率片式电感器的市场需求，必须研制具有更咼磁导 率、适应叠层式电感器工艺要求的新一代低烧软磁铁氧体材料。对这各类信息系 统的高频化趋势，特别是第3代移动通信技术和蓝

11、牙技术的出现，对微波频段片 式电感的需求将迅速增加，高频化是片式电感器发展的一个重要方向。目前一般 采用低烧的低介电常数陶瓷材料。随着片式元件的进一步小型化和集成化，基于共烧陶瓷技术的发展，片式电感器与片式电容器相集成的片式lc滤波器正成为 新的产品系列走向市场。片式电感类元件的关键技术是高性能低烧软磁铁氧体材 料。在相当长的时间中，片式电感类元件的材料技术。主要为日本的一些大 公司所垄断。材料优势是构成这些企业参与竞争并牟取高利润的主要因素。近年 来，我国在低温烧结高磁导率和甚高频片感材料方面取得了具有国际领先水平的 研究成果，被业界评为“标志着我国新生的片式电感产业步人自主发展的阶段” 目

12、前，我国在片式电感材料的高端材料，如高磁导率低温烧结nicuzn铁氧体、 低温烧结甚高频平面六角铁氧体、高频宽带磁珠材料等方面均获得了具有自主知 识产权的研究成果。4新型微波介质陶瓷材料及元器件 近年来，通信技术的高速发展， 大大推动了电子元器件向小型化式化和高频化方向发展的进程，除传统的片 式电容、片式电感和片式电阻等表面贴装元件外，微波陶瓷器件也正向片式化、 微型化甚至集成化方向发展。为了满足移动通信、无线局域网和微波集成电路发 展的需要，一批新型的射频/微波器件不断涌现，包括片式微波电容器、片式多 层微波滤波器、lc滤波器、双工器、功能模块、收发开关功能模块、耦合器、 功分器等。以微波介

13、质谐振器和滤波器为代表的微波介质陶瓷元件，是一种军民 两用的新型器件，它是在空间技术、火箭制导和微波系统的小型化的推动下发展 起来的，典型的应用领域包括:军用和民用的空间技术、雷达、移动通信、卫星 通信和gps等。微波介质陶瓷材料主要应用于微波频段电路中作为介质材料，通 常低和中介电常数微波介质陶瓷材料主要应用在卫星直播及军用雷达等领域，高 介电常数微波介质陶瓷则主要用于工作在微波低频段的民用移动通信系统中作 为谐振器、滤波器等。微波介质谐振器与金属空腔谐振器相比，具有体积小、重 量轻、温度稳定性好、价格便宜等优点，是现代通信设备小型化、集成化的关键 部件之一。基于低温共烧陶瓷(l tcc)技

14、术发展起来的片式多层微波滤波器是采用高 性能低温共烧微波介质陶瓷材料，利用多层陶瓷技术，在三维陶瓷介质中形成金 属(通常为银或铜)带状线或微带线结构。这种滤波器因具有尺寸小、插入损耗低、 设计灵活度大等特点，在对小型化要求较高的电子通信设备及无线局域网(vvlan) 等领域具有很好的应用前景。目前这种基于ltcc的微波器件表现出很好的发展态势，除已实用化的低 通、带通滤波器外，已开发出包括lc滤波器、双工器、片式多层天线、收发开 关功能模块、平衡-不平衡转换器、藕合器、功分器等多种新型微波元器件。手 机射频前端滤波电路是射频微波滤波器的重要应用领域，在多层微波滤波器出现 以前，由于陶瓷介质滤波

15、器的体积大，无法满足手机短小轻薄的发展要求，所以 手机射频前端滤波器主要是声表面波(saw滤波器和双工器，但saw器件的插损 一般较大，不利于集成，且高频下功率处理能力差，因而其使用也受到限制。基 于ltcc的多层微波滤波器的出现给手机射频前端滤波的小型化和集成化带来了 新前景。大力开展微波介质陶瓷材料及新型微波器件，特别是片式微波滤波器及 相关材料技术的系统研究，对于推动我国通信产业的发展具有重要意义。5.结语功能陶瓷材料及应用发展方兴未艾，作为一类新型无机非金属 材料，它具有鲜明的学科交*特点。功能陶瓷的复合化和集成化是功能陶瓷向片 式化、模块化、多功能化发展的必然趋势。以ltcc为基础的

16、功能陶瓷集成化及 陶瓷微系统技术在通信技术，微机电技术等领域将发挥其独特作用。多种功能各异的无源电子元件（电容、电感、电阻、传感器、天线等）通过低温共烧集成到单 一模块的技术一无源集成技术的兴起，开辟了功能陶瓷崭新的应用领域，同时提 出了一系列材料与制备科学问题，如低温烧结和高性能兼优的功能陶瓷系列新材 料、零收缩ltcc材料、射频/微波ltcc材料、三维与复杂结构陶瓷器件内电极 的形成与通联技术、高密度超薄陶瓷膜片的低成本流延制备技术、异质材料的共 烧致密化行为与界面兼容性的调控技术、集成陶瓷系统中的场分布、计算仿真、 设计原理和性能模仿等。昆山氧化铝陶瓷基片研发等7个项目获政府财政贴息新闻

17、来源：中国研磨网 发布日期：2009-5-31成为昆山“推进台资企业转型升级”首批扶持项目有昆山南亚公司环氧 树脂二期扩建盐水回收设备铜箔基板丙酮等资源回收装置，九豪精密陶瓷（昆山） 有限公司年产1.3亿片氧化铝陶瓷基片研发、产业化技改等6家台资企业7个项 目，政府补助资金预计近1000万元。昆山也由此成为全国对台企实施技改扶持 政策首个城市。南京九思掌控国内陶瓷膜产量95%上进全球前五名作者：记者 姜圣瑜文章来源：新华日报更新时间：2010-3-31转化“陶瓷膜”技术的南京九思公司，短短几年，就掌控了国内陶瓷膜产量的 95%以上，产量跻身全球前5名。高温陶瓷膜分离管开发成功发布时间：2010

18、-06-17信息来源：山东省建材网近日，由江苏宜兴市鑫帝豪高科陶瓷厂开发成功的高温陶瓷膜分离管，为煤 化工等行业的发展提供了有力的技术支撑。据悉，该产品可在300-600的高温状态下运行，而传统设备必须降至300C 以下才能工作，从而有效节约了降温设备、降温用水及装备耗能。应用该产品后， IGCC发电过程通过循环利用煤的燃烧热能,可使煤炭的利用率由20%-30%提高 到50%左右，同时也减少了碳排放。此外，该国产化新品的成本约为同类进口产 品的一半。目前，已由上海一家公司组装应用。片式多层陶瓷电容器三分天下片式多层陶瓷电容器（MLCC），又称独石电容器，主要工艺是将内电极材料 与陶瓷坯体以多层

19、交替并联叠合，并共烧成一个整体；主要用于各类电子整机中 的振荡、耦合、滤波等电路中。由于MLCC率先实现片式化，适应SMT技术需 求，大量取代了有机电容器和云母电容器，并开始部分取代钽电解和铝电解电容 器。无源器件市场研究机构Paumanok的统计表明，2004年全球MLCC的产量 达7,300亿只，成为整个固定电容器产业的绝对主体。MLCC产业未来发展趋势 包括微型化、高性能/低成本化、高容量化、高频化和中高压化。在手机、数码相机、MP3、便携DVD和笔记本电脑等移动数码产品需求的 推动下，全球MLCC产业进入了快速发展时代，产业格局发生了变化。村田制 作（Murata）、太阳诱电（Taiy

20、o Yuden）京瓷（Kyocera）、TDK、松下等日本企业 在全球的技术和销量上占有绝对优势；国巨等台湾企业迅速发展，在技术、产量、 销售上一路直追日美企业；风华高科、深圳宇阳、银河科技等国内大型元件厂商 在中低端产品中寻求着发展。日本企业以“技”压人据水清木华研究中心研究总监周彦武在接受本刊记者采访时介绍，在手机应 用MLCC领域，日本巨头主要垄断高端产品。例如在蓝牙模块的生产中，全球 能用LCT工艺生产的只有村田制作社一家。太阳诱电、TDK、村田制作依靠各 自独特的竞争优势在高电压、高容量的MLCC生产中占据不可动摇的霸主地位。 随着手机体积越来越小，现在生产的MLCC大多都是0603

21、,这里的0603指的是 产品的占位面积0.6x0.3mm,而现在手机上应用的MLCC大多数都是0402。2004 年0402已经成为全球MLCC市场的主流规格；与此同时，大容量105-107容量 段产销量适中，单价高，日本企业优势明显。现在手机前五大生产厂家应用的元 件基本上都由村田制作提供，其毛利等于悉尼、松下、夏普三家厂商利润的总和 其利润达到40%。近日，另一元件巨头太阳诱电表示，该公司的AMK系列大电容值MLCC 是业内的第一批1206尺寸的100吓 MLCC和采用0805封装的47yF MLCC。这 些100吓 电容的体积比原来最小的100吓 电容占位面积（1210尺寸， 3.2x2

22、.5x2.5mm）小36%。47吓 电容则比原来的47吓 电容占位面积（1206尺寸）小 55%。据称，该公司通过利用其2004年开发成功的新型材料技术以及先进的多 层堆叠工艺实现了产品小型化。台湾地区企业强劲增长据台湾地区工研院（ITRI）产业经济与资讯服务中心（IEK）表示，2004年台湾 地区仅凭岛内生产的电子元件，产值就达到了全球的7%，达到830亿美元；如 果加上海外的产量,则台湾地区的电子元件产值占全球市场的13%，超过了美国， 成为全球第三大电子元件生产中心。2005年台湾地区电子元件销售额达到178 亿美元，预计2006年将增长到196亿美元。按产值计算，预计未来两年台湾地 区

23、平均增长8.9%。虽然明年的趋势可能是价格下跌和需求保持稳定，但片式电 阻和MLCC将是未来三年推动台湾地区无源元件产值增长的主要产品，估计增 长 6.1%。随着台湾地区的电子产业的下游厂商纷纷建厂苏州，无源元件厂商也把生产 基地建到苏州。国巨是台湾地区的无源元件厂商的领头羊，1996年，国巨大规 模投资大陆，先后在苏州和东莞建立了世界级的制造基地；2004年底，国巨苏 州工厂建成华东地区第一条多层陶瓷电容全制程生产线，月产能现已突破10亿 颗；2005年苏州工厂第二条多层陶瓷电容生产线投产，月产能将达20亿颗。近 日国巨又推出新品0201厚膜二联排组，其符合RoHS危害性物质限用指令 环保要求，并成功达成提升电路板使用空间及成本效率的优势。大陆企业紧扣市场需求从下游产业的发展分析，近两年以手机、DVD、汽车电子等为代表的电子 产品对MLCC的需求持续增长，这给中国国内MLCC生产企业带来了良好的发 展机遇。由于日本无源元件产品价格高、货期长和支持差，又往往在元件缺货的关键 时候首先保证向合作多年的国际大厂供货，牺牲了中国制造商的利益。这给国内 的无源元件厂商提供了机会,2000成立的宇阳科技拥有先进的MLCC制造设备, 主要产品型号为0402和0603，据称是中国本地最大规模以0402小尺寸为主导 产品的MLCC制造商，也是全球最早全面提供无铅无镉环保产品的M