说到(dao)陶(tao)瓷(ci),你脑中会不(bu)会第一时(shi)间(jian)想到(dao)高韧(ren)、高硬、高强?不(bu)过(guo)陶(tao)瓷(ci)的(de)潜力(li)并(bing)不(bu)止于(yu)此(ci),许多陶(tao)瓷(ci)材料同时(shi)还具有(you)极为宽广的(de)电(dian)气特性,从绝缘体到(dao)半导体、导体、甚至超导体都(dou)不(bu)无可能(neng)。正因如此(ci),陶(tao)瓷(ci)材料在电(dian)子(zi)工业(ye)被大量使(shi)用。
这部分可应用于电子(zi)技术中制(zhi)备各种电子(zi)元器件的陶瓷材料被人们统称为“电子陶瓷”,除上述中提到的优点外,它们同时还具有高介电(dian)常数、低介电(dian)损耗、温度(du)系(xi)数小等特点,能够很好地(di)满足电子(zi)工业小型化、集成化的条(tiao)件,因此电子(zi)陶瓷(ci)在5G时代很被看好,其研究和开(kai)发(fa)也越发(fa)受到(dao)重视。
用途上分(fen),电子陶瓷又(you)可分(fen)为 5 类:绝(jue)缘装置(zhi)瓷、电容器瓷、铁电(dian)陶瓷(ci)(ci)、半(ban)导体陶瓷(ci)(ci)和离(li)子陶瓷(ci)(ci)。这 5 种电子陶瓷(ci)有(you)各自的(de)特性,也将用于不(bu)同的(de)领(ling)域、起到(dao)不(bu)同的(de)作用。
一(yi)、铁电陶瓷
铁(tie)(tie)电(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)(ci)是(shi)具(ju)(ju)有铁(tie)(tie)电(dian)(dian)性(xing)的(de)陶(tao)瓷(ci)(ci)材料,在低于(yu)居里温度(du)时具(ju)(ju)有自发极(ji)化性(xing)能。陶(tao)瓷(ci)(ci)中具(ju)(ju)有许多(duo)电(dian)(dian)畴(chou),铁(tie)(tie)电(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)重要特征(zheng)是(shi)其(qi)极(ji)化强度(du)与施加电(dian)(dian)压不成线(xian)性(xing)关系,具(ju)(ju)有明(ming)显的(de)滞后效应。由于(yu)这(zhei)类陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)电(dian)(dian)性(xing)能在物理(li)上与铁(tie)(tie)磁(ci)材料的(de)磁(ci)性(xing)能相似,因而称为铁(tie)(tie)电(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)(ci)。不一(yi)定以铁(tie)(tie)作为其(qi)主要成分。
常见(jian)的铁电(dian)陶瓷多属钙钛(tai)矿型结构,如钛(tai)酸钡陶瓷及其固溶(rong)体(ti),也有(you)钨青铜型、含铋层状(zhuang)化合物和烧(shao)绿石型等(deng)(deng)结构。目前通过(guo)固溶(rong)、离(li)子(zi)代换和掺杂改性等(deng)(deng)获得实用的铁电(dian)氧化物陶瓷已达(da)千种(zhong)以上(shang),可用于产生电(dian)容(rong)、压电(dian)、热(re)敏、电(dian)致伸缩(suo)、电(dian)声、电(dian)光(guang)等(deng)(deng)效应(ying),作为传感、驱动、存储、调(diao)制等(deng)(deng)器(qi)件(jian)的材料。
二、半导体(ti)(ti)陶瓷
半(ban)导体(ti)陶瓷是指具有(you)半(ban)导体(ti)特(te)性、电导率约(yue)在10-6~105S/m的(de)陶瓷(ci)。半导体(ti)(ti)陶瓷(ci)的(de)电导率因(yin)外界条件(jian)(温(wen)度、光照、电场(chang)、气氛和(he)温(wen)度等(deng))的(de)变(bian)化(hua)而发生显著(zhu)的(de)变(bian)化(hua),因(yin)此可以将外界环境的(de)物理量(liang)变(bian)化(hua)转变(bian)为电信(xin)号,制成各种用途的(de)敏感元(yuan)件(jian),部分如(ru)下:
①热敏(min)半导(dao)体(ti)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)材料又称热敏(min)电(dian)阻陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci),指电(dian)导(dao)率随温度呈明显变化的陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)。热敏(min)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)主要用于温度补偿、温度测量、温度控制、火灾(zai)探测、过热保护和彩色电(dian)视机消磁等方面。
②光(guang)敏(min)半导体陶(tao)瓷材料指具有光(guang)电导或光(guang)生伏(fu)特效应的陶(tao)瓷。如硫化(hua)(hua)(hua)镉(ge)、碲化(hua)(hua)(hua)镉(ge)、砷化(hua)(hua)(hua)镓、磷化(hua)(hua)(hua)铟、锗酸铋等陶(tao)瓷或单晶。当光(guang)照射(she)到它的表面时电导增(zeng)加。主要用作自动控(kong)制的光(guang)开关和太阳能(neng)电池(chi)等。
③气(qi)敏半导(dao)体陶(tao)瓷(ci)材料指电导(dao)率随(sui)着所接触气(qi)体分子的种(zhong)类不(bu)同(tong)而变(bian)化(hua)的陶(tao)瓷(ci)。如氧化(hua)锌、氧化(hua)锡、氧化(hua)铁、五(wu)氧化(hua)二钒(fan)、氧化(hua)锆、氧化(hua)镍(nie)和(he)氧化(hua)钴等(deng)系统的陶(tao)瓷(ci)。主要用于对不(bu)同(tong)气(qi)体进行(xing)检漏、防灾报警及测量(liang)等(deng)方面。
④湿敏半导体陶瓷材料指电导率随湿度呈明显变化的陶瓷。如四氧化三铁、氧化钛、氧化钾-氧化铁、铬酸镁-氧化钛及(ji)氧化锌-氧(yang)化锂-氧化(hua)钒等系(xi)统的(de)陶瓷。它们的(de)电导率对水特别敏感,适宜用(yong)作湿度的(de)测(ce)量(liang)和控(kong)制。
三(san)、绝缘装置(zhi)瓷(ci)
绝缘装置瓷又称电器绝缘陶(tao)瓷,一般具有(you)高(gao)(gao)的(de)体积电(dian)阻率和高(gao)(gao)的(de)介电(dian)强(qiang)(qiang)度,以减(jian)少(shao)漏(lou)导(dao)损耗(hao)和承受高(gao)(gao)的(de)电(dian)压(ya),同时还具备机械(xie)强(qiang)(qiang)度高(gao)(gao)、化学稳定性良好等特性。典型的(de)装置瓷有(you):
①镁质瓷:用于(yu)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。
②氧化铝瓷:最初用于汽车火花塞。火花塞工作环境极为恶劣,点火瞬间T上升至3000℃,压力高达(da)4MPa,急(ji)冷急(ji)热,必须耐热冲击。还要保证绝缘性,耐高(gao)电(dian)压(ya)。机械(xie)性能好。
③莫来(lai)石(shi)瓷:是(shi)以莫来(lai)石(shi)和(he)(he)石(shi)英为主晶相(xiang)的(de)陶瓷,是(shi)应用最(zui)早的(de)高(gao)频装(zhuang)置(zhi)瓷。莫来(lai)石(shi)瓷的(de)机械强(qiang)度和(he)(he)电气性能(neng)较(jiao)差,因此只(zhi)用来(lai)作一般的(de)高(gao)频装(zhuang)置(zhi)零(ling)件;由于它具(ju)有(you)表面的(de)微细结(jie)构(gou),可以作为沉积碳(tan)(tan)膜(mo)的(de)基(ji)体(ti)(ti),故(gu)仍(reng)被大量用来(lai)制作碳(tan)(tan)膜(mo)电阻的(de)基(ji)体(ti)(ti)。
四(si)、电容器瓷
顾名思义,电(dian)容(rong)器瓷就(jiu)是(shi)用于制(zhi)作电容器的(de)陶瓷材料。主要可分为高(gao)频(pin)、低频(pin)电容(rong)器瓷和半导体电容(rong)器瓷。其中高频电容器瓷属于Ⅰ类电(dian)容(rong)器瓷;低频电(dian)容器瓷(ci)属于Ⅱ类电(dian)容器瓷。
低频电(dian)(dian)容器瓷特点(dian)是(shi)介电(dian)(dian)常数ε高,损耗角(jiao)正切较大且tanδ及ε 随温度的变化率较大(da),主要用(yong)于制(zhi)造低频电路中的(de)旁路、隔直流(liu)和滤波用(yong)的(de)陶瓷电容器;半导体(ti)电(dian)(dian)容器瓷特点(dian)介(jie)电(dian)(dian)损耗小、绝缘电(dian)(dian)阻(zu)及工(gong)作电(dian)(dian)压高(gao);高频(pin)电(dian)(dian)容器瓷(ci)主要用(yong)于制造(zao)高稳定性陶瓷(ci)电(dian)(dian)容器和温(wen)度补偿电(dian)(dian)容器。
五、离(li)子(zi)陶瓷
离(li)子(zi)陶瓷是指在(zai)一定(ding)条件(温(wen)度、压力)下具(ju)有电子(zi)(或(huo)空穴)电导或(huo)离(li)子(zi)电导特性的陶瓷,主(zhu)要包括阳离(li)子(zi)导(dao)体(ti)陶瓷,主要包括(kuo)银(yin)离(li)子(zi)导(dao)体(ti)、钠离(li)子(zi)导(dao)体(ti)、铜离(li)子(zi)导(dao)体(ti),锂离(li)子(zi)导(dao)体(ti)等,以(yi)及阴离子(zi)导(dao)体(ti)陶(tao)瓷,主要包括氧离子(zi)导(dao)体(ti),氟离子(zi)导(dao)体(ti),它们的主要(yao)用途有:
①制(zhi)作固体电(dian)(dian)解质电(dian)(dian)池(chi),如(ru)锂(li)碘、钠硫电(dian)(dian)池(chi)。锂(li)碘电(dian)(dian)池(chi)用作心(xin)脏(zang)起搏器的电(dian)(dian)源,钠硫电(dian)(dian)池(chi)用作车辆(liang)的驱(qu)动能(neng)(neng)源或(huo)大电(dian)(dian)站的贮能(neng)(neng)装置。
②制作离子选择电极,如用氧(yang)化锆(gao)制作氧(yang)分析仪的探头,可直接测定熔融(rong)钢(gang)液中氧的浓度。β-氧化(hua)铝制作钠离(li)子选择电极,可测定合金中的(de)钠含量。此外,还可用来(lai)提纯(chun)金属钠或(huo)制备氢和氧等(deng)。
③制作压敏、气(qi)敏、湿敏等(deng)敏感元(yuan)件(jian)及其(qi)他(ta)电(dian)化学器件(jian)。
④制作高(gao)温发(fa)热体(ti)或磁(ci)流(liu)体(ti)发(fa)电中的高(gao)温电极或导电材料等。
总结
总而言之,在通信、计算机、电子(zi)仪表、家用电器(qi)和数字电路技术等市场(chang)的带动下,电子(zi)陶瓷元器(qi)件的需求正稳步上(shang)升(sheng)。不过电子(zi)陶瓷是一个巨大的细(xi)分领域,仅凭只言片语很难概括完全,最好的了解(jie)方式(shi)还是自己(ji)亲眼(yan)看看。
粉体(ti)圈(quan)