特種陶瓷是具有高�(qiáng)、耐溫、耐腐蝕特性或具有各種敏感特性的陶瓷材料,由于其制作工藝、化�(xué)組成、顯微結(jié)�(gòu)及特性不同于傳統(tǒng)陶瓷,所以有特種陶瓷之稱,又叫先�(jìn)陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技�(shù)陶瓷、精�(xì)陶瓷�。特種陶瓷(工程�(jié)�(gòu)陶瓷�電子陶瓷,生物陶瓷)具有�、聲、光、磁、熱、力�(xué)、化�(xué)、醫(yī)�(xué)等一種或多種物理,化�(xué)功能,在許多場合不論�(xiàn)在或?qū)矶疾荒転槠渌牧纤〈殉蔀橛猛緩V�,迅速發(fā)展的新興�(chǎn)�(yè)�
粉體制備 制取粉體是特種陶瓷生�(chǎn)工藝中的首要步驟� 主要有機(jī)械破碎發(fā)和物理化�(xué)方法兩種� 由于前一種方法制取粒徑較�,在生產(chǎn)中處于從屬地位。而后一種方法是由離子原子分子通過反應(yīng)、成核和生長制成粒子的方法。其特點(diǎn)是純�、粒度均可控,均勻性好,顆粒微�(xì),并可實(shí)�(xiàn)分子幾水平上的復(fù)合均�,通常包括液相法和氣相法� 易控制組�,能合成�(fù)合氧化物�,添加微量成分方便,可獲得良好的均勻性等。溶劑蒸�(fā)添加沉淀� 熱分� 1 化學(xué)共沉淀� 此法是在含有多種可熔性陽離子的鹽溶液中,通過加入沉淀劑形成不溶性氫氧化�,碳酸鹽或草酸等沉淀。然后溶劑或溶液中原有的陽離子濾出,沉淀物經(jīng)過分解后即可制的高純度超�(xì)粉料� 其可用于制備高純度的粉料?;瘜W(xué)共沉淀法設(shè)備簡�,較為經(jīng)�(jì),便于工�(yè)化生�(chǎn)� 2 溶膠—凝膠法 此法是將醇鹽溶解于有�(jī)熔劑中,通過加入蒸餾水使醇鹽水解,聚合,形成溶膠。溶膠形成后隨著水的加入�(zhuǎn)�?yōu)槟z� 其廣泛用于莫來石、氧化鋁、氧化鋯等氧化物粉末的制�。由于膠體混合時可使反應(yīng)物質(zhì)�(jìn)行最直接的接觸,以達(dá)到最徹底的均勻化,所制得的原料相�(dāng)均勻,具有非常窄的顆粒分�,團(tuán)聚性小� ?�?)噴霧熱分解� 噴霧熱分解法是將金屬鹽溶液噴霧至高溫介質(zhì)氣體�,使溶液蒸發(fā)和金屬鹽受熱分解在瞬間發(fā)生而獲得氧化物粉末� 廣泛 于復(fù)合氧化物系超微粉末的合成。所制得的氧化物離子為球狀,流動性好,易于制粒成�。通常有冰凍干燥法、噴霧干燥法和噴霧熱分解三種� 2 氣相� 以金�、金屬化合物等為原料,通過熱源、電子束、激光氣化或誘導(dǎo),在氣相中�(jìn)行化�(xué)反應(yīng),并控制�(chǎn)物的凝聚、生�,從而合成超微細(xì)�。除適用于氧化物制備外,還是適用于制備液相法難于直接合成的氮化物、碳化物等非氧化�� 成型特種陶瓷的成型技�(shù)與方法比起傳�(tǒng)陶瓷來說更加豐富、更加廣泛,而且具有不同的特�(diǎn)。熱壓鑄成型主要是利用含蠟料漿加熱熔化后具有流動性和塑�,冷卻后能在金屬膜中凝固成一定形狀的胚體的。熱壓鑄成型用的蠟類黏結(jié)�,通常為石�,為改善料漿的流動�,減少石蠟用量可加入少量(0.5%�5%)的表面活性物�(zhì)如油�、蜂蠟、硬脂酸�。黏�(jié)劑含量一般為瓷料重量�10%�18%。成型時料漿溫度�50�85�,壓縮空氣壓力比0.1� 0.5MPa,通常大型制品料漿溫度和空氣壓力偏�。熱壓鑄成型工藝適合形狀較復(fù)�,精度要求高的中小型�(chǎn)品生�(chǎn)� 特點(diǎn):操作簡�,可成型各種形狀�(fù)雜的制品,生坯的�(qiáng)度高、表面光潔度�,模具磨損小,勞動生�(chǎn)率較�,但坯件致密度較低,燒成前需要有脫蠟工序,對致密度要求高的制品常難滿足要�。但也有 ,例如工序比較復(fù)雜,能耗大,工期長,大而長的薄壁制品不宜采用此�。等靜壓成型又稱靜水壓成�,它是利用液體介�(zhì)不可壓縮性和均勻傳遞壓力性的一種成型方�。等靜壓成型方法有冷等靜壓成型和熱等靜壓成型兩種。冷等靜壓又分為濕式等靜壓和干式等靜壓兩種類�� 濕式等靜壓:將預(yù)壓好的胚體包封在橡膠?;蛩芰夏�?nèi),然后置于高壓容器中施以高壓液體介質(zhì),壓力傳遞至彈性模具對胚料加壓。然后釋放壓力取出模�,從模具中取出成型好的胚體� 濕式等靜壓只 于成型多品種、形狀較復(fù)�、產(chǎn)量小和大型的制品� 干式等靜壓成型的模具并不都是出于液體之中,是半固定式�,胚料填加與胚件的取出都是在干燥狀�(tài)下操作的� 其模具兩頭并不加�,適于壓制長�、薄壁、管狀�(chǎn)�。為提高胚體精度和壓制胚料的均勻性,宜采用震動加料法加料� 3: 流延法成� 流延法成型又稱刮刀法或帶式澆鑄法� 將細(xì)度不超過3μm(以小�1.2μm的居�) 的瓷粉與黏結(jié)�、增塑劑、溶�,潤濕劑和除泡劑等以適當(dāng)配比混合均勻,經(jīng)除氣處理后的料漿送入流延�(jī)�(nèi),隨著流延機(jī)傳送帶向前�(yùn)�,料漿被刮刀刮為一條延�(xù)的表面平整的瓷漿薄層。經(jīng)烘干干燥、溶劑揮�(fā)后形成具有一定柔韌性的固態(tài)薄膜,并從傳送帶上剝離切片或收卷� 常用� 有聚乙烯醇和聚乙烯醇縮丁醛。增塑劑有乙二醇、甘油,鄰苯二甲酸二丁醇�。溶劑有水和乙醇�。潤濕劑和消泡劑有鯡魚油、鯨�、蓖麻油等� 流延法可制得厚度�0.05mm以下的薄�(常用激光測厚儀隨機(jī)檢測),設(shè)備不太復(fù)雜且工藝�(wěn)定,表面光潔度高,便于生�(chǎn)連續(xù)化與自動�,生�(chǎn)效率�??捎糜谏a(chǎn)微型電子陶瓷元件,現(xiàn)已在陶瓷電容器和基板等方面獲得廣泛應(yīng)�。它為電子元件的微型化,超大�(guī)模集成電路的�(yīng)�,提供了廣闊的前�� 燒結(jié)方法 特種陶瓷制品因其特殊的性能要求,需要用不同于傳�(tǒng)陶瓷制品的燒成工藝與燒結(jié)技�(shù)。隨著特種陶瓷工�(yè)的發(fā)�,其燒成�(jī)�、燒�(jié)技�(shù)及特殊的窯爐�(shè)施的研究取得突破性的�(jìn)�� 目前特種陶瓷的主要燒�(jié)方法有:熱壓燒結(jié)、反�(yīng)熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒�(jié)�、反�(yīng)燒結(jié)�、氣氛燒�(jié)法、化�(xué)氣相沉積�、濺射法等� 1熱壓燒結(jié) 熱壓燒結(jié)是對較難燒結(jié)的粉料或生胚在模具內(nèi)施加壓力,同時升�?zé)Y(jié)的工�� 熱壓燒結(jié)的是可降低成型壓�,燒�(jié)溫度低無需加入燒結(jié)促�(jìn)劑,能改善制品性能。但其過程及�(shè)備復(fù)�,生�(chǎn)效率�,生�(chǎn)控制較難,模具材料要求高,能耗大� 該法已用于A陶瓷車刀的制�,在 ,PZT,Si 3 N 4 等材料生�(chǎn)中也有廣泛應(yīng)用� 2 F C a 2 F C a 2 F C a 2 反應(yīng)熱壓燒結(jié) 高溫下粉料可能發(fā)生某種化�(xué)反應(yīng)過程,利用這一化學(xué)反應(yīng)�(jìn)行的熱壓燒結(jié)工藝稱為 � 1 相變熱壓燒結(jié) 利用氧化鋯在相變溫度800�1200℃之間和0.3 MPa 壓力�,�(jìn)行熱壓燒�(jié)可以比在正常燒結(jié)溫度低的情況�,幾十分鐘內(nèi)燒結(jié)出高�(wěn)�、高�(qiáng)度、高透明度的�(jié)晶陶�� 2 分解熱壓燒結(jié) 利用與某一氧化物陶瓷相對應(yīng)的氫氧化物或水合物為原料,在高溫過程中發(fā)生脫水或釋氣分解�,出�(xiàn)活性極高的介溫假晶�(jié)�(gòu)。此時施加合適的�(jī)械力�(jìn)行熱壓燒�(jié),則可在較低溫度、壓力和短時間內(nèi)獲得高密�、高�(qiáng)度的�(yōu)�(zhì)陶瓷� 例如利用鎂或鋁的氫氧化物(或其硫酸�)在高溫下(900�1200�)�(fā)生脫水或釋氣分解�,�(jìn)行熱�,只需�0.3�1MPa壓力,保�0.5h,就可獲得高密度的制�� 3 分解合成熱壓陶瓷 利用分解反應(yīng)期的高度活�,在壓力作用下與異類物質(zhì)�(chǎn)生反�(yīng),然后再在壓力作用下燒結(jié)成致密陶�,為使合成反�(yīng)能�(jìn)行的比較均勻和徹底,熱壓時間可以稍長�,但其燒�(jié)溫度通常比分解反�(yīng)的熱壓燒�(jié)溫度低� 如氫氧化鋇或碳酸鋇分解的氧化鋇與二氧化鈦合成為鈦酸鋇�,都得到了良好的效果� 熱等靜壓燒結(jié)工藝是將粉末壓胚或裝入包套的粉料放入高壓容器�,在高溫和均衡的壓力作用下,將其燒結(jié)為致密體� 熱等靜壓燒結(jié)課制造高�(zhì)量的工作,其晶粒均勻、晶界致�、各向同性、氣孔率接近�,密度接近理論密�。該法已用于介電、鐵電材�、氮化硅及復(fù)合材料致密件的生�(chǎn)。但由于工藝�(fù)�,成本高,應(yīng)用范圍受到一定限制。是將粉料成型和�(yù)燒封孔后,通入壓力�1�10MPa的氣體�(jìn)行燒�(jié),以獲得無孔致密燒結(jié)的氧化物、氮化硅等特種陶瓷制�� 與普通熱等靜壓燒�(jié)相比,有如下�(yōu)�(diǎn):降低成�,無需投資大的熱等靜壓�(jī),并取消了包套和剝套工序,所需氣體量比熱等靜壓燒結(jié)的要�;生�(chǎn)率高,適宜批量生�(chǎn),采用特殊成型法,可生產(chǎn)異型制品,無需后續(xù)加工。熱等靜壓(HP)利用常溫等壓工藝與高溫?zé)Y(jié)合的新技�(shù),解決了普通壓中缺乏橫向壓力和制品密度不均勻的問題,并可使納米陶瓷的致密度�(jìn)一步提�。所采用高溫等靜壓工藝,制備了納米結(jié)�(gòu)的單相SiC及Si 3 N 4 / SiC�(fù)相陶�,在溫度�1850℃,壓力 200MPa條件下保�1h,可獲得晶粒尺寸 <100nm,結(jié)�(gòu)均勻,致密的單相SiC納米�(jié)�(gòu)陶瓷。在溫度�1750�,壓�150MPa 條件下保�1h,可獲得晶粒尺寸50nm左右,結(jié)�(gòu)致密,均勻的�(fù)相Si 3 N 4 /SiC納米陶瓷� 4 對于空氣中很難燒�(jié)的制�,為防止其氧�,可在爐膛內(nèi)通入一定量的某種氣�,在此特種氣氛下�(jìn)行燒�(jié)稱為。此法適用于� 制備高壓鈉燈用的氧化鋁透光燈管。其他如等透光陶瓷也采用氣氛燒�(jié)�� MgO 3 2 , O Y O B e , 氮化硅、碳化硅等非金屬陶瓷也必須在氮及惰性氣體中�(jìn)行燒�(jié)。對于在常壓高溫易于氣化的材�,可使其在稍高壓壓力下燒�(jié)� 陶瓷中含有某種揮�(fā)性比較高的物�(zhì)�,在燒結(jié)過程�,將不斷向大氣擴(kuò)散,從而使基質(zhì)中失去準(zhǔn)備的化學(xué)計量�。在燒結(jié)使為保持必要的成分比。除在配方中適當(dāng)加重易揮�(fā)組分外,還應(yīng)注意燒成時的氣氛保護(hù)。例如將合成的WC-Co納米冷壓成型,然后在H2氣氛下低于WC-Co的共熔溫度( 1300℃)�(jìn)行液相燒�(jié),比傳統(tǒng)的WC-Co 硬質(zhì)合金的燒�(jié)溫度�100℃以上。為了防止晶粒長�,可加入適量添加�,如VC� TaC、Cr2O3�,可有效地減緩WC晶粒在液相燒�(jié)中的迅速長�。最終合成晶粒度�200nm的WC-Co硬度合金� 通過多孔胚體同氣相或液相�(fā)生化�(xué)反應(yīng),使胚體�(zhì)量增�,空隙減�,并燒結(jié)成一定強(qiáng)度和尺寸精確的成品的一種燒�(jié)工藝。此法有如下兩� � (1)提高制品�(zhì)量,燒成的制品不收縮,尺寸不變化� (2)反應(yīng)速度�,傳�(zhì)和傳熱過程貫徹在燒結(jié)全過程。普通燒�(jié)法物�(zhì)遷移過程�(fā)生在坯體顆粒與顆粒的局�,反�(yīng)燒結(jié)法物�(zhì)遷移過程�(fā)生在長距離范圍內(nèi)。分為液相反�(yīng)燒結(jié)和氣相反�(yīng)燒結(jié)兩類。采用前一類的居多。燒�(jié)氧氮化硅坯件時添加硅、二氧化硅和氟化�(或氧化鈣、氧化鎂�,玻璃相形成�)同氮反應(yīng)生成二氮氧化二硅 (Si 2 ON 2 ),氧化鈣、氧化鎂等同二氧化硅形成玻璃相,氮溶解在焙融�(玻璃�)�� Si 2 ON 2 ,晶體從被氮飽和的玻璃相中析�。這樣制出的氧氮化硅的密度可相�(dāng)于理論密�90%以上� 6: 是將�(zhǔn)備在其表面沉積一層瓷�(zhì)薄膜的物�(zhì)置于真空室中,加熱至一定溫度后,然后將�(yù)被覆瓷料的氣�(tài)化合物通過加熱載體的表�。在某一特定的溫度下,氣體與加熱基體的的表面接觸�,氣相發(fā)生分解反�(yīng),并將瓷料沉積于基體表面。晶粒隨�(chǎn)物的沉積不斷長大,直至形成致密多晶的�(jié)�(gòu)。適�(dāng)控制集體表面溫度和氣體流量可控制晶粒粗細(xì)。氣相沉積成瓷的速率比較�,但可獲得質(zhì)量極高的陶瓷�。具有晶粒細(xì)�、高度致�、不透氣、高純度和高耐磨� 。用CVD法形成的瓷膜,具有晶粒定向的特征。即它雖然是多晶,但在晶粒成長時,幾乎都是按某一晶軸垂直于集體表面的方式生長。該特點(diǎn)對于介電性能或光�(xué)性能是有益的,但對于�(jī)械物理性能是不利的??刂瞥珊藷峄瘜W(xué)沉積法可以有效的消除陶瓷晶粒的定向生�,使瓷膜為各向同�� 7 也是在真空條件下�(jìn)行的,特�(diǎn)是基片毋須加熱。工作時將待沉積的基片置于真空罩�(nèi),令被覆面緊靠著一塊瓷片,該瓷片是有作為被覆用的瓷料制成的,此瓷片稱為�。當(dāng)靶受到高�(dá) 的高度集中的電子束能量轟擊時,靶材上的原子被轟出,并沉積于靠近它的被覆基體表面,在此表面上逐步成核長大,形成一層多晶瓷�� 2 8 / 10 cm W 8 隨著科學(xué)技�(shù)的不斷發(fā)�,燒�(jié)特種陶瓷還有電場燒結(jié)、微波燒�(jié)、自蔓延高溫合成燒結(jié)等新穎的燒結(jié)方法�
按化�(xué)成分的不�,特種陶瓷可以分為以下幾種:
?、傺趸锾沾桑貉趸X、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋅、氧化釔、二氧化鈦、二氧化�、三氧化鈾等�
?、诘锾沾桑旱?、氮化鋁、氮化硼、氮化鈾��
③碳化物陶瓷:碳化硅、碳化硼、碳化鈾等�
?、芘鸹锾沾桑号鸹啞⑴鸹|��
⑤硅化物陶瓷:二硅化鉬等�
?、薹锾沾桑悍V、氟化鈣、三氟化鑭等�
硫化物陶瓷:硫化鋅、硫化鈰�。還有砷化物陶瓷,硒化物陶瓷,碲化物陶瓷等�
除了主要由一種化合物�(gòu)成的單相陶瓷�,還有由兩種或兩種以上的化合物構(gòu)成的�(fù)合陶�。例如,由氧化鋁和氧化鎂�(jié)合而成的鎂鋁尖晶石陶瓷,由氮化硅和氧化鋁結(jié)合而成的氧氮化硅鋁陶瓷,由氧化�、氧化鑭和氧化鈣�(jié)合而成的鉻酸鑭鈣陶瓷,由氧化鋯、氧化鈦、氧化鉛、氧化鑭�(jié)合而成的鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)陶瓷等�。此�,有一大類在陶瓷中添加了金屬而生成的金屬陶瓷,例如氧化物基金屬陶�,碳化物基金屬陶瓷,硼化物基金屬陶瓷�,也是現(xiàn)代陶瓷中的重要品種上。近年來,為了改善陶瓷的脆�,在陶瓷基體中添加了金屬纖維和無�(jī)纖維,這樣�(gòu)成的纖維�(bǔ)�(qiáng)陶瓷�(fù)合材料,是陶瓷家族中最年輕但卻是最有發(fā)展前途的一個分支�
為了生產(chǎn)、研究和�(xué)�(xí)上的方便,有時不按化�(xué)組成,而根�(jù)陶瓷的性能,把它們分為高�(qiáng)度陶�,高溫陶�,高韌性陶瓷,鐵電陶瓷,壓電陶�,電解質(zhì)陶瓷,半�(dǎo)體陶�,電介質(zhì)陶瓷,光�(xué)陶瓷(即透明陶瓷�,磁性瓷,耐酸陶瓷和生物陶瓷等��
?�?)納米陶瓷:它是指晶粒尺寸,晶界寬度,第二相分布,缺陷尺寸均�100nm以下,并具有納米材料固有特征的陶瓷材料。必須指�,即使采用納米粉料,坯體在燒成過程中往往�(fā)生晶體迅速成�,甚至出�(xiàn)二次重結(jié)晶等問題,結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)品已不是納米陶瓷,而是微米陶瓷,因而失去了納米材料的固有特�,也就不能稱為納米陶�.另一方面近來許多報道表明,一旦獲得納米陶�,將可望克服陶瓷材料的脆�,而且有顯著的超塑性和高強(qiáng)��
?�?)陶瓷分離膜:它是一種固�(tài)�,主要有兩部份構(gòu)成,即膜支撐體及多孔�。支撐體廣泛采用含鋁量高的氧化鋁陶瓷。多孔膜主要由AL2O3,ZrO2,TiO2和SiO2等為主體�(gòu)�。一般分離膜孔徑為:2~50nm,有時達(dá)微米�,其品種,規(guī)格日趨多樣化。分離膜通常具有化學(xué)�(wěn)定性好,能耐酸,耐堿,耐有�(jī)溶劑,機(jī)械強(qiáng)度高,耐磨性好,可反向沖洗;抗微生物能力強(qiáng);耐高�;孔徑分布范圍窄,分離效率高等特�(diǎn)。目前許多產(chǎn)品已在廢水處理、果汁生�(chǎn)、固液分離等方面獲得�(yīng)�,可望在�(huán)境工�,石油化�,生物工�,冶金工�(yè)及納米粉料制備等眾多�(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)�,市場前景頗�,社會經(jīng)�(jì)效益顯著。當(dāng)前陶瓷膜分離技�(shù)�(fā)展迅�,正向著介孔膜及氣氣分離膜方向發(fā)��
?�?)仿生復(fù)相陶瓷:為克服陶瓷材料的脆�,提高其韌�,國�(nèi)外許多科�(xué)家們從對天然生物材料如�,貝殼等的結(jié)�(gòu)特征所�(jìn)行的判析中得到啟�,從而�(jìn)一步對�(jié)�(gòu)陶瓷的材料設(shè)�,制備工藝等多方面�(jìn)行了研究。果�,獲得了某些仿生�(fù)相陶�。主要技�(shù)措施有纖�、晶須補(bǔ)�(qiáng),顆粒彌�,自�(bǔ)�(qiáng)(原位生長),多相補(bǔ)�(qiáng)以及表面改性等。例如,YTZP陶瓷材料,室溫強(qiáng)度已�(dá)2000mpa以上,KIC已超�15,達(dá)到了可與某些金屬材料比較的強(qiáng)度。又�,SiC陶瓷通N2形成Si3N4表面層,使強(qiáng)度和斷裂韌性均有明顯提�。總之復(fù)相特種陶瓷材料所具有的高�(qiáng)�,高耐磨性等特點(diǎn),在高科技�(lǐng)域中的應(yīng)用已取得顯著效果,已成為�(jié)�(gòu)陶瓷研究熱點(diǎn)之一�
?�?)基板材�
目前國內(nèi)外主要采用Al2O3陶瓷作為集成電路基板材料,然而隨著電子元器件向高性能、高密度、大功率、小型化、低成本方向�(fā)�,迫切希望采用高�(dǎo)熱系�(shù)陶瓷基板,理論上最適宜的候選材料有金剛石(C�、立方氮化硼(BN�、氧化鈹(BeO)、碳化硅(SiC)和氮化鋁(AlN)等。由于AlN�(dǎo)熱系�(shù)高達(dá)250W·m-1·K-1,雖比SiC及BeO略低,但比Al2O3略高8~10倍,其體積電阻率,擊穿強(qiáng)�,介電損耗等電氣性能可與Al2O3瓷媲�,且介電常數(shù)較低,機(jī)械強(qiáng)度也較高,熱膨脹系數(shù)�4.4ppm/℃,接近于Si可�(jìn)行多層布�??梢哉J(rèn)為是候選材料之一。目前日本德山曹�(dá)、東芝及美國一些公司已開始相當(dāng)�(guī)模的�(yīng)�,AlN陶瓷年總�(chǎn)量已逾千�。國�(nèi)目前AlN基板尚處于起步階�,主要基本指�(biāo)�(dǎo)熱率大都�130~180 W·m-1·K-1。一些研究單位科技攻關(guān)�(chǎn)品性能已接近國際水�,但高性能、批量化、產(chǎn)品一致性和低成本化等方面的問題尚有待�(jìn)一步解決�
?�?)電阻基體材�
電阻是電路的基本元件,應(yīng)用面�,需求量�。一般碳�、金屬膜電阻技�(shù)含量較低,產(chǎn)品價值不�,單件產(chǎn)品為微利,由于原材料、勞動力、能源等因素,目前國際市場有一定銷路,但國�(nèi)市場,價格競爭激�。另一方面,高性能、超小型、大功率、高�(wěn)定性新型片�、無感電阻國�(nèi)外市場廣闊,具有良好的社會經(jīng)�(jì)效益,由于技�(shù)和裝備方面的問題,目前我國尚處于起步階段�
?�?)電容器陶瓷介質(zhì)材料
近年來主要發(fā)展趨勢是尋求大容量、小尺寸、高可靠、低價格的陶瓷電容器。與傳統(tǒng)BaTiO3基介�(zhì)材料相比,為提高介電常數(shù)和改善性能,出�(xiàn)了復(fù)合鈣鈦礦型材�。值得指出的是利用半導(dǎo)體p-n�(jié)的原理發(fā)展起來的晶界層電容器(GBLC)的出現(xiàn),其視在介電常數(shù)較常�(guī)瓷介電容器的介電常數(shù)提高�(shù)倍至�(shù)十倍。以SrTiO3為基的晶界層電容器具有高介電常數(shù),低介電損耗,低溫度系�(shù)以及色散頻率較高等優(yōu)�(diǎn),是最有發(fā)展前途的瓷料之一。目�,國�(nèi)少數(shù)廠家已�(jìn)入批量生�(chǎn),然而在高性能、高合格率方面尚存在一定差�??梢韵嘈?,晶界層多層電容器(GBMLC)瓷料的出現(xiàn)將使電容器向小型化方向發(fā)展取得重大突��
?�?)壓電陶瓷材�
壓電陶瓷是實(shí)�(xiàn)�(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換重要的功能材料,廣泛應(yīng)用于音響�(shè)�、傳感器、報警器、超聲清�、醫(yī)療診斷及通訊等許多領(lǐng)�。一般壓電陶瓷材料為鋯鈦酸鉛(PZT)系,有的瓷料中氧化鉛含量高�(dá)60~70%左右,由于生�(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵及燒�(jié)過程中的鉛揮�(fā),這不僅給工藝和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定帶來諸多問題,而且給生�(tài)�(huán)境和人類的健康帶來危�,研究新型無鉛壓電陶瓷以減少對環(huán)境的污染己成為一項十分緊迫的任務(wù)�
1961年前蘇聯(lián)�(xué)者Smolensky等人�(fā)�(xiàn)鈦酸鉍鈉(Bi1/2Na1/2)TiO3,簡稱BNT為鈣鈦礦型(ABO3)鐵電體。其居里�(diǎn)�320�。極化困難限制其�(shí)際應(yīng)�,直�80年代��90年代初日本學(xué)者Takenaka等人用Ba++ 對Bi1/2Na1/2 �(jìn)行A位置�,出�(xiàn)了BNT-BaTiO3系,即BNBT系壓電陶�,解決了BNT難以極化問題;獲得頻率常�(shù)�,介電常�(shù)較小,具有很大各向異性的新體�。可望在超聲�(lǐng)域中獲得�(yīng)�,近年來國內(nèi)外一些學(xué)者大都以BNBT系為基�(jìn)行改性研�,并已取得某些�(jìn)展,然而尋求無鉛高性能壓電陶瓷新系�(tǒng)取代傳統(tǒng)的PZT系統(tǒng)決非易事,還有許多工作要做�
?�?)微波陶瓷介�(zhì)材料
自從1971年Masse等人首次提出采用四鈦酸鋇(BaTi4O9)作為微波陶瓷介�(zhì)材料以來,隨著現(xiàn)代通訊技�(shù)的不斷發(fā)�,尤其是移動通訊向著高可�,小尺寸方向�(fā)�,對材料的要求越來越�。為滿足不同用途的要求,微波陶瓷介�(zhì)材料種類有很�。主要有:TiO2�2MgO·SiO2;Al2O3;MgTiO3;BaTi4O9;BaTi9O20�(Zr,Sn)TiO4;Ba(Zr,Ti)O3;MgTaO3;BaO-ZnO-Nb2O5-Ta2O5;(Ca,Sr,Ba)O-ZrO2;BaO-TiO2-SnO2-Ln2O3等系�(tǒng)。無論哪種系�(tǒng),一般都希望微波陶瓷材料具有適宜的介電常�(shù)ε,盡可能高的品質(zhì)因素Q0,盡可能低的頻率溫度系數(shù)τf,~0ppm/�。我國目前通常按介電常�(shù)分為:低介ε≤20;中介ε~40;高介ε~100三大類。必須指�,高性能微波陶瓷的技�(shù)含量�,研制難度大,尤其是精確測定微波頻率下的Q0。隨著科�(xué)技�(shù)不斷�(jìn)�,使用頻率越來越�,從幾百兆正向著�(shù)十兆方向�(fā)展,近期可望�(dá)~40G。國際上美國已完成ε從2~250系列化研究工作,�、俄、德、法等少�(shù)國家已掌握高性能微波陶瓷的生�(chǎn)技�(shù),由于技�(shù)壟斷和保密等原因,微波陶瓷元器件的售價昂�。當(dāng)前為滿足移動電話、汽�?yán)走_(dá)、衛(wèi)星通訊、全球定位系�(tǒng)、射頻控�、基地站等民用及軍工技�(shù)對微波陶瓷元器件日益增長的需要,在微波陶瓷材料取得�(jìn)展的基礎(chǔ)�,�(jìn)一步研究開�(fā)高性能同軸諧振�、柱狀、環(huán)狀諧振器、補(bǔ)丁天線等微波陶瓷元器件已提到重要議事日程�
�9)熱敏陶瓷材�
熱敏陶瓷材料主要包括�(fù)溫度系數(shù)(NTC�,正溫度系數(shù)(PTC)及具有臨界溫度的負(fù)溫度系數(shù)(CTR)三大類材料。前兩類熱敏電阻�(yīng)用最�,相對來說NTC熱敏電阻已有相當(dāng)大的生產(chǎn)�(guī)�,技�(shù)也較完善,PTC熱敏陶瓷用途極為廣�,產(chǎn)品品種繁多,性能方面與國際水平的主要差距表現(xiàn)為高性能、穩(wěn)定�、一致性等諸方�.這些差距正在縮小,為克服高溫PTC材料含鉛污染�(huán)境的缺點(diǎn),NiO-ZnO-TiO2系新材料已經(jīng)聞世,加熱溫度已�(dá)290℃,可望在溫度傳�,加熱及控制等方面獲得應(yīng)�??磥恚瑢で鬅o鉛新材料,�(jìn)一步提高高溫PTC熱敏陶瓷性能,是一項有意義的工作�
綜上所�,可以看出特種陶瓷種類繁�,性能各異,用途廣�,�(jìn)一步發(fā)展特種陶瓷意義重��