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先進陶瓷在消費電子領域中的應用

發布時間:2021-09-16 16:46:49

中國陶瓷CMF設計研究應用平臺

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說到陶瓷,你腦中會不會第一時間想到高韌、高硬、高強?不過陶瓷的潛力并不止于此,許多陶瓷材料同時還具有極為寬廣的電氣特性,從絕緣體到半導體、導體、甚至超導體都不無可能。正因如此,陶瓷材料在電子工業被大量使用。


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這部分可應用于電子技術中制備各種電子元器件的陶瓷材料被人們統稱為“電子陶瓷”,除上述中提到的優點外,它們同時還具有高介電常數、低介電損耗、溫度系數小等特點,能夠很好地滿足電子工業小型化、集成化的條件,因此電子陶瓷在5G時代很被看好,其研究和開發也越發受到重視。


用途上分,電子陶瓷又可分為5類:絕緣裝置瓷、電容器瓷、鐵電陶瓷、半導體陶瓷和離子陶瓷。這5 種電子陶瓷有各自的特性,也將用于不同的領域、起到不同的作用。


一、鐵電陶瓷

鐵電陶瓷是具有鐵電性的陶瓷材料,在低于居里溫度時具有自發極化性能。陶瓷中具有許多電疇,鐵電陶瓷的重要特征是其極化強度與施加電壓不成線性關系,具有明顯的滯后效應。由于這類陶瓷的電性能在物理上與鐵磁材料的磁性能相似,因而稱為鐵電陶瓷。不一定以鐵作為其主要成分。


常見的鐵電陶瓷多屬鈣鈦礦型結構,如鈦酸鋇陶瓷及其固溶體,也有鎢青銅型、含鉍層狀化合物和燒綠石型等結構。目前通過固溶、離子代換和摻雜改性等獲得實用的鐵電氧化物陶瓷已達千種以上,可用于產生電容、壓電、熱敏、電致伸縮、電聲、電光等效應,作為傳感、驅動、存儲、調制等器件的材料。


二、半導體陶瓷

半導體陶瓷是指具有半導體特性、電導率約在10-6~105S/m的陶瓷。半導體陶瓷的電導率因外界條件(溫度、光照、電場、氣氛和溫度等)的變化而發生顯著的變化,因此可以將外界環境的物理量變化轉變為電信號,制成各種用途的敏感元件,部分如下:

①熱敏半導體陶瓷材料又稱熱敏電阻陶瓷,指電導率隨溫度呈明顯變化的陶瓷。熱敏陶瓷主要用于溫度補償、溫度測量、溫度控制、火災探測、過熱保護和彩色電視機消磁等方面。


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②光敏半導體陶瓷材料指具有光電導或光生伏特效應的陶瓷。如硫化鎘、碲化鎘、砷化鎵、磷化銦、鍺酸鉍等陶瓷或單晶。當光照射到它的表面時電導增加。主要用作自動控制的光開關和太陽能電池等。


③氣敏半導體陶瓷材料指電導率隨著所接觸氣體分子的種類不同而變化的陶瓷。如氧化鋅、氧化錫、氧化鐵、五氧化二釩、氧化鋯、氧化鎳和氧化鈷等系統的陶瓷。主要用于對不同氣體進行檢漏、防災報警及測量等方面。



④濕敏半導體陶瓷材料指電導率隨濕度呈明顯變化的陶瓷。如四氧化三鐵、氧化鈦、氧化鉀-氧化鐵、鉻酸鎂-氧化鈦及氧化鋅-氧化鋰-氧化釩等系統的陶瓷。它們的電導率對水特別敏感,適宜用作濕度的測量和控制。


三、絕緣裝置瓷


絕緣裝置瓷又稱電器絕緣陶瓷,一般具有高的體積電阻率和高的介電強度,以減少漏導損耗和承受高的電壓,同時還具備機械強度高、化學穩定性良好等特性。典型的裝置瓷有:


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①鎂質瓷:用于一般高頻無線電設備中,如雷達、電視機常用它來制造絕緣零件。


②氧化鋁瓷:最初用于汽車火花塞?;鸹ㄈぷ鳝h境極為惡劣,點火瞬間T上升至3000℃,壓力高達4MPa,急冷急熱,必須耐熱沖擊。還要保證絕緣性,耐高電壓。機械性能好。


③莫來石瓷:是以莫來石和石英為主晶相的陶瓷,是應用最早的高頻裝置瓷。莫來石瓷的機械強度和電氣性能較差,因此只用來作一般的高頻裝置零件;由于它具有表面的微細結構,可以作為沉積碳膜的基體,故仍被大量用來制作碳膜電阻的基體。


四、電容器瓷

顧名思義,電容器瓷就是用于制作電容器的陶瓷材料。主要可分為高頻、低頻電容器瓷和半導體電容器瓷。其中高頻電容器瓷屬于Ⅰ類電容器瓷;低頻電容器瓷屬于Ⅱ類電容器瓷。


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低頻電容器瓷特點是介電常數ε高,損耗角正切較大且tanδ及ε隨溫度的變化率較大,主要用于制造低頻電路中的旁路、隔直流和濾波用的陶瓷電容器;半導體電容器瓷特點介電損耗小、絕緣電阻及工作電壓高;高頻電容器瓷主要用于制造高穩定性陶瓷電容器和溫度補償電容器。


五、離子陶瓷

離子陶瓷是指在一定條件(溫度、壓力)下具有電子(或空穴)電導或離子電導特性的陶瓷,主要包括陽離子導體陶瓷,主要包括銀離子導體、鈉離子導體、銅離子導體,鋰離子導體等,以及陰離子導體陶瓷,主要包括氧離子導體,氟離子導體,它們的主要用途有:


①制作固體電解質電池,如鋰碘、鈉硫電池。鋰碘電池用作心臟起搏器的電源,鈉硫電池用作車輛的驅動能源或大電站的貯能裝置。


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②制作離子選擇電極,如用氧化鋯制作氧分析儀的探頭,可直接測定熔融鋼液中氧的濃度。β-氧化鋁制作鈉離子選擇電極,可測定合金中的鈉含量。此外,還可用來提純金屬鈉或制備氫和氧等。


③制作壓敏、氣敏、濕敏等敏感元件及其他電化學器件。


④制作高溫發熱體或磁流體發電中的高溫電極或導電材料等。


總結:

總而言之,在通信、計算機、電子儀表、家用電器和數字電路技術等市場的帶動下,電子陶瓷元器件的需求正穩步上升。不過電子陶瓷是一個巨大的細分領域,僅憑只言片語很難概括完全,最好的了解方式還是自己親眼看看。




(文章來源:小顆粒大世界。)





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