电子陶瓷材料PPT课件
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电子陶瓷
电容器瓷
用作电容器介质的电子陶瓷。这类陶瓷用量最大、规格品种也最 多。主要的有高频、低频电容器瓷和半导体电容器瓷。用于低频、 高频、脉冲储能电路等。
离子陶瓷
快离子导电的电子陶瓷。具有快速传递正离子的特性。可用来 制作较经济的高比率能量的固体电池，还可制作缓慢放电的高储能 密度的电容器。它是有助于解决能源问题的材料。
目录
铁电陶瓷
功能多、用途广。利用其压电特性可以制成压电器件，这是铁 电陶瓷的主要应用，因而常把铁电陶瓷称为压电陶瓷。利用铁电 陶瓷的热释电特性（在温度变化时，因极化强度的变化而在铁电 体表面释放电荷的效应）可以制成红外探测器件，在测温、控温 、遥测、遥感以至生物、医学等领域均有重要应用价值。
半导体陶瓷
目录
A.具有范围极为宽广的电气 特性：金属是导体，塑胶不导电是一 般人耳熟能详的，但是陶瓷却具有极 为宽广的电气特性，从一般的绝缘体 ，到半导体，导体、甚至超导体，都 有不同的陶瓷具备此功能，且发展完 整。例如朱经武博士所研究出的钇钡 铜氧高温超导体就是陶瓷的一种。 B.无穷尽的资源 地表上蕴藏量 最多的元素，除了氧之外就是矽和铝 ，而这两种元素均为陶瓷化合物中的 重要成分。因此陶瓷的原料来源可说 是取之不尽用之不竭，对工业的大量 生产上占一大优势。
C.极佳的环境稳定性陶瓷具有相当优良的环境稳定性， 比如抗酸抗硷，耐高温低温，耐磨耐压，因此可以应用在相当严 苛的条件之下，扩大了应用的范围。
目录
D.特殊的物理性质： (a).电性方面：部份的电子陶瓷具有压电性，焦电性，铁电性等特殊 性质，所谓压电性是在材料上加压後，产生电流的效应，反之亦然， 焦电性则是加温後产生电流，具有铁电性会在移去电场後，存在自发 的极化量，这些特殊的物性使得电子陶瓷得以制作许多特殊用途的元 件。
电子材料ptt
特种陶瓷材料
英文名：special ceramics
特种陶瓷材料
1.1特种陶瓷定义及地位
1.2特种陶瓷分类 1.3特种陶瓷的制作工艺 1.4特种陶瓷的应用及发展前景 1.5特种陶瓷成品展示
1.1 特种陶瓷定义及地位
陶瓷的发展史： △ 夏、商、周朝时期的陶瓷文化 △ 秦汉时期陶瓷文化 △ 唐朝时期的陶瓷文化 △ 五代十国时期的陶瓷文化 △ 元朝时期陶瓷文化 △ 明朝时期陶瓷文化 △ 清朝时期陶瓷文化 △ 中国现代陶艺
1.3特种陶瓷的制作工艺
二、陶瓷注射成型技术
■ 陶瓷注射成型的定义：该技术来源于高分子材料的注塑成型，借助
高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成 型的，成型之后再把高聚物脱除。比传统的陶瓷加工工艺 要简单的多，能制造出各种复杂形状的高精度陶瓷零部件， 且易于规模化和自动化生产。
■ 陶瓷注射成型的优点： 1.产品尺寸精度高、表面条件好 2.省去了后加工操作，降低了生产成本 3.缩短了生产周期，还具有自动化程度高、适合于大规模生产的特点 ■ 工艺一般包括下列步骤： 陶瓷粉的选取 粘结剂的选取 陶瓷粉与粘结剂的均匀混合 注射成型 脱脂 烧结
1.1 特种陶瓷定义及地位
特种陶瓷的地位： 特种陶瓷属于无机非金属的分支，具有高强度、 高硬度、耐高温、耐磨损、电特性强等多种优异特性， 原料来源广、生产吨位小、利润高，广泛应用于电 子、通信、航空航天、冶金、机械、汽车、石油化工、 生物和环保等国民经济支柱和基础产业等。被誉为 继金属材料和有机高分子材料后材料科学与 工程技术领域的“第三次材料革命”。
陶瓷，硒化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ陶瓷，碲化物陶瓷等。
1.2 特种陶瓷分类
二、按照性能划分有：
• • • • • • 高强度陶瓷： 高温陶瓷： 高韧性陶瓷： 铁电陶瓷： 压电陶瓷： 磁性瓷：
英文名：special ceramics
特种陶瓷材料
1.1特种陶瓷定义及地位
1.2特种陶瓷分类 1.3特种陶瓷的制作工艺 1.4特种陶瓷的应用及发展前景 1.5特种陶瓷成品展示
1.1 特种陶瓷定义及地位
陶瓷的发展史： △ 夏、商、周朝时期的陶瓷文化 △ 秦汉时期陶瓷文化 △ 唐朝时期的陶瓷文化 △ 五代十国时期的陶瓷文化 △ 元朝时期陶瓷文化 △ 明朝时期陶瓷文化 △ 清朝时期陶瓷文化 △ 中国现代陶艺
1.3特种陶瓷的制作工艺
二、陶瓷注射成型技术
■ 陶瓷注射成型的定义：该技术来源于高分子材料的注塑成型，借助
高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成 型的，成型之后再把高聚物脱除。比传统的陶瓷加工工艺 要简单的多，能制造出各种复杂形状的高精度陶瓷零部件， 且易于规模化和自动化生产。
■ 陶瓷注射成型的优点： 1.产品尺寸精度高、表面条件好 2.省去了后加工操作，降低了生产成本 3.缩短了生产周期，还具有自动化程度高、适合于大规模生产的特点 ■ 工艺一般包括下列步骤： 陶瓷粉的选取 粘结剂的选取 陶瓷粉与粘结剂的均匀混合 注射成型 脱脂 烧结
1.1 特种陶瓷定义及地位
特种陶瓷的地位： 特种陶瓷属于无机非金属的分支，具有高强度、 高硬度、耐高温、耐磨损、电特性强等多种优异特性， 原料来源广、生产吨位小、利润高，广泛应用于电 子、通信、航空航天、冶金、机械、汽车、石油化工、 生物和环保等国民经济支柱和基础产业等。被誉为 继金属材料和有机高分子材料后材料科学与 工程技术领域的“第三次材料革命”。
陶瓷，硒化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ陶瓷，碲化物陶瓷等。
1.2 特种陶瓷分类
二、按照性能划分有：
• • • • • • 高强度陶瓷： 高温陶瓷： 高韧性陶瓷： 铁电陶瓷： 压电陶瓷： 磁性瓷：
《电子陶瓷》幻灯片
Depletion Region
When a p-n junction is formed, some of the free electrons in the n-region diffuse across the junction and combine with holes to form negative ions. In so doing they leave behind positive ions at the donor impurity sites. Depletion region is a non-conducting layer
Bias effect on electrons in D.Z: Reverse Bias
Connecting the P-type region to the negative terminal of the battery and the N-type region to the positive terminal, produces
P-n junction
The open circles on the left side of the junction above represent "holes" or deficiencies of electrons in the lattice which can act like positive charge carriers. The solid circles on the right of the junction represent the available electrons from the n-type dopant. Near the junction, electrons diffuse across to combine with holes, creating a "depletion region". The energy level sketch above right is a way to visualize the equilibrium condition of the P-N junction. The upward direction in the diagram represents increasing electron energy.
《电子陶瓷》课件
表面涂层
在陶瓷表面涂覆金属、介质等材 料，以提高其导电、绝缘、耐腐
蚀等性能。
表面加工
对陶瓷表面进行研磨、抛光、刻蚀 等加工，以提高其表面光洁度和满 足特定需求。
连接与封装
将陶瓷与其他材料连接或封装在一 起，以实现其在实际应用中的功能 。
03
电子陶瓷的性能与测试
电学性能
总结词
电子陶瓷的电学性能是其最主要的特性之一，包括介电常数、电阻率、介质损耗等参数。
热膨胀系数是衡量电子陶瓷在温度变化下尺寸稳定性的重要参数，过大的热膨胀系数可能导致陶瓷在 温度变化时产生破裂。热导率则决定了电子陶瓷的散热性能，高导热性能的电子陶瓷能够快速地将内 部产生的热量传导出去，提高电子器件的稳定性和寿命。
机械性能
总结词
机械性能是指电子陶瓷在受力情况下的强度、硬度、耐磨性 等特性。
详细描述
机械强度决定了电子陶瓷在受到外力作用时的抗破裂能力， 是评价其可靠性及使用寿命的重要指标。硬度则影响了电子 陶瓷的耐磨性能，硬度高的电子陶瓷具有更好的耐磨损特性 。
可靠性测试
总结词
可靠性测试是评估电子陶瓷在实际使用中稳定性和可靠性的重要手段。
详细描述
可靠性测试包括寿命测试、环境适应性测试和耐久性测试等。通过这些测试可 以了解电子陶瓷在不同环境条件和工作状态下的性能表现，从而对其在实际应 用中的可靠性做出评估。
应用领域的拓展与交叉学科的发展
应用领域拓展
积极探索电子陶瓷材料在5G通信、新能源 汽车、物联网等领域的应用，推动电子陶瓷 技术的创新发展。
交叉学科发展
加强电子陶瓷材料与物理学、化学、生物学 等学科的交叉融合，开拓新的应用领域和研 究方向，促进电子陶瓷技术的多元化发展。
在陶瓷表面涂覆金属、介质等材 料，以提高其导电、绝缘、耐腐
蚀等性能。
表面加工
对陶瓷表面进行研磨、抛光、刻蚀 等加工，以提高其表面光洁度和满 足特定需求。
连接与封装
将陶瓷与其他材料连接或封装在一 起，以实现其在实际应用中的功能 。
03
电子陶瓷的性能与测试
电学性能
总结词
电子陶瓷的电学性能是其最主要的特性之一，包括介电常数、电阻率、介质损耗等参数。
热膨胀系数是衡量电子陶瓷在温度变化下尺寸稳定性的重要参数，过大的热膨胀系数可能导致陶瓷在 温度变化时产生破裂。热导率则决定了电子陶瓷的散热性能，高导热性能的电子陶瓷能够快速地将内 部产生的热量传导出去，提高电子器件的稳定性和寿命。
机械性能
总结词
机械性能是指电子陶瓷在受力情况下的强度、硬度、耐磨性 等特性。
详细描述
机械强度决定了电子陶瓷在受到外力作用时的抗破裂能力， 是评价其可靠性及使用寿命的重要指标。硬度则影响了电子 陶瓷的耐磨性能，硬度高的电子陶瓷具有更好的耐磨损特性 。
可靠性测试
总结词
可靠性测试是评估电子陶瓷在实际使用中稳定性和可靠性的重要手段。
详细描述
可靠性测试包括寿命测试、环境适应性测试和耐久性测试等。通过这些测试可 以了解电子陶瓷在不同环境条件和工作状态下的性能表现，从而对其在实际应 用中的可靠性做出评估。
应用领域的拓展与交叉学科的发展
应用领域拓展
积极探索电子陶瓷材料在5G通信、新能源 汽车、物联网等领域的应用，推动电子陶瓷 技术的创新发展。
交叉学科发展
加强电子陶瓷材料与物理学、化学、生物学 等学科的交叉融合，开拓新的应用领域和研 究方向，促进电子陶瓷技术的多元化发展。
《电子陶瓷制备》PPT课件
通常指的是无引线或引线很短的适于表面组 装 的 片 式 微 小 型 电 子 元 件 、 器 件 （ Surface Mounting Device，简称SMD）。
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36
什么是SMT？
Surface mount 与传统工艺相比SMT的特点：
Throughhole 高密度 高可靠 低成本 小型化 生产的自动化
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8
(2) 原料粒度
指粉粒直径大小，作为陶瓷的粉料，其粒度通常 在0.1～50微米之间。一般而言，粉料的粒度越 细，则其工艺性能越佳。
当采用挤制、扎膜、流延等方法成型时，只有当 粉料达到一定细度，才能使浆料达到必要的流动 性、可塑性，才能保证制出的坯体具有足够的光 洁度、均匀性和好的机械强度。
粒度越细，烧结温度越低
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9
粉料颗粒尺寸：
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10
(3)混合与粉碎方式:
物料的混合与粉碎是影响产品质量的 重要工序，作为混合粉碎的机械有： 球磨机、砂磨机、强混机、气流磨、 粉碎机等几种，目前使用最多的是球 磨机和砂磨机。
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11
（4） 成型
定义：将固体颗粒加工成为具有特定形状 制品的生产过程。
一块集成电路的稳定性和使用寿命，在很 大程度上取决于它的基片或管壳的性能；
一个自动控制系统的调节范围、精度和灵 敏度等主要指标，都取决于传感器的性能，而 制造传感器的主要材料是功能陶瓷；
一台大型计算机的运算速度主要取决于磁
性记忆元件。
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5
3.2 电子陶瓷制造中的工艺控制
产品性能的优劣取决于二方面的影响： 内因，主要指原料的纯度（含杂量）、组成、形貌（颗粒
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电子陶瓷2-3PPT课件
损耗。
调节瓷料的组成，可以调节瓷料的介电 常数温度系数，得到一系列不同介电常 数温度系数的温度补偿电容器陶瓷材料
用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
3）、钙钛硅瓷
主晶相为硅钛酸钙（CaTiSiO5） 特点：当介电常数的温度系数接近于零时，
介电常数较大，且能够获得很大的正的温度 系数。 引入适当的加入物，可获得包括零温度系数 在内的一系列介电系数高的温度补偿用电容 器陶瓷 用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
用途：制造小型高压陶瓷电容器及温度补偿 电容器
4、微波介质瓷
BaO-TiO2系，Li2O-TiO2-Al2O3系, A(BxTi1-x)O3系等 其中，A:Ca、Sr、Ba；B:Zr和Sn
用途：制造微波集成电路基片和介质谐振器 介质谐振器材料特点：介电常数高（30～
200）；在使用温度范围内，介电常数的温度 系数小；在工作频率范围内，介质损耗小。
4）、具有高介电常数的铁电陶瓷，可以制成 体积小、电容量大的电容器，用于低频、高频、 高脉冲储能电路；
5）、半导体陶瓷电容器材料，也称晶界 层电容器材料。具有介电常数大、受温度 影响小、可靠性高的特点，常用于要求稳 定性和可靠性高的电路；
1）、用于高频电路的温度稳定的电容器瓷， 如四钛钡质瓷、镁镧钛质瓷、钙钛硅质瓷等；
2）、用于高频电路起温度补偿作用的电容器 瓷，如金红石质瓷、钛酸钙质瓷、钛锶鉍质 瓷、锡酸盐和锆酸盐质瓷等；
3）、用于高频高功率电路、高压电路和高脉 冲电路的陶瓷，这是电子陶瓷中产量最大、品 种最多的一类陶瓷，包括许多钛酸钡质陶瓷及 复合物陶瓷材料；
具有较好的机械性能，起支撑、保护、隔离等作 用的电子陶瓷材料。
用于制造电子元件、器件、部件和电路中的基体、 外壳、固定件、绝缘零件等的陶瓷材料，又称为 装置瓷。
调节瓷料的组成，可以调节瓷料的介电 常数温度系数，得到一系列不同介电常 数温度系数的温度补偿电容器陶瓷材料
用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
3）、钙钛硅瓷
主晶相为硅钛酸钙（CaTiSiO5） 特点：当介电常数的温度系数接近于零时，
介电常数较大，且能够获得很大的正的温度 系数。 引入适当的加入物，可获得包括零温度系数 在内的一系列介电系数高的温度补偿用电容 器陶瓷 用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
用途：制造小型高压陶瓷电容器及温度补偿 电容器
4、微波介质瓷
BaO-TiO2系，Li2O-TiO2-Al2O3系, A(BxTi1-x)O3系等 其中，A:Ca、Sr、Ba；B:Zr和Sn
用途：制造微波集成电路基片和介质谐振器 介质谐振器材料特点：介电常数高（30～
200）；在使用温度范围内，介电常数的温度 系数小；在工作频率范围内，介质损耗小。
4）、具有高介电常数的铁电陶瓷，可以制成 体积小、电容量大的电容器，用于低频、高频、 高脉冲储能电路；
5）、半导体陶瓷电容器材料，也称晶界 层电容器材料。具有介电常数大、受温度 影响小、可靠性高的特点，常用于要求稳 定性和可靠性高的电路；
1）、用于高频电路的温度稳定的电容器瓷， 如四钛钡质瓷、镁镧钛质瓷、钙钛硅质瓷等；
2）、用于高频电路起温度补偿作用的电容器 瓷，如金红石质瓷、钛酸钙质瓷、钛锶鉍质 瓷、锡酸盐和锆酸盐质瓷等；
3）、用于高频高功率电路、高压电路和高脉 冲电路的陶瓷，这是电子陶瓷中产量最大、品 种最多的一类陶瓷，包括许多钛酸钡质陶瓷及 复合物陶瓷材料；
具有较好的机械性能，起支撑、保护、隔离等作 用的电子陶瓷材料。
用于制造电子元件、器件、部件和电路中的基体、 外壳、固定件、绝缘零件等的陶瓷材料，又称为 装置瓷。
《电介质陶瓷》课件
断裂韧性
衡量电介质陶瓷抗裂纹扩展能力的物 理量。断裂韧性好的电介质陶瓷在受 到裂纹作用时不易破裂。
热性能
热导率
衡量电介质陶瓷导热性能的物理量。热 导率越大，电介质陶瓷的导热性能越好
。
耐热性
衡量电介质陶瓷在高温下稳定性的物 理量。耐热性好的电介质陶瓷在高温
下不易分解和氧化。
热膨胀系数
衡量电介质陶瓷受热后尺寸变化的物 理量。热膨胀系数的大小影响陶瓷与 其它材料的匹配程度。
气氛稳定性
衡量电介质陶瓷在特定气氛下稳定性的物理量。气氛稳定性好的电 介质陶瓷在特定气氛下不易发生化学反应或性能变化。
03
电介质陶瓷的制备工艺
粉体制备
固相法
通过物理或化学手段将原料混合 、研磨、破碎，最终得到所需粒 度的粉体。
液相法
通过溶胶-凝胶法、化学沉淀法等 手段将原料转化为溶液，再通过 热处理得到粉体。
表面改性
通过物理或化学手段对陶瓷表面进行处理，改变其表面形态和化学性质，以提高其润湿性、粘结性等 性能。Leabharlann 04电介质陶瓷的应用实例
高压电容器
高压电容器是一种能够储存大量电荷的电子元件，广泛应用于电力系统中 。
电介质陶瓷作为高压电容器的介质材料，具有高介电常数、低损耗、温度 稳定性好等优点，能够提高电容器的储能密度和可靠性。
烧结工艺
高温烧结
在高温下使陶瓷胚体中的 颗粒相互熔融、扩散，形 成致密的陶瓷材料。
低温烧结
在较低的温度下使陶瓷胚 体中的颗粒相互熔融、扩 散，形成致密的陶瓷材料 。
烧结助剂
在烧结过程中添加适量的 烧结助剂，以促进陶瓷材 料的致密化。
表面处理
表面涂层
在陶瓷表面涂覆一层具有特殊功能的涂层，以提高其耐腐蚀、耐磨损等性能。
功能陶瓷材料-电功能陶瓷ppt课件
13
❖离子电导行为
如果材料的离子迁移数等于1，或者说离子电导率比电子电 导率大许多，并几乎为材料中总的电导率值，亦即材料中的载 流子几乎全部为离子，材料的导电行为称为离子导电。
在许多离子晶体中，虽然离子迁移数接近于1，但是晶体中的载 流子迁移率很低，材料实际上不导电。离子导电材料在结构上一般 需要满足三个条件：
3
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。
10
传统硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷是离子晶体。在离子晶体中，离 子导电和电子导电都存在。但一般情况下，以离子导电为主，电 子导电很微弱。然而，材料含变价离子，生成非化学计量化合物 或引入不等价杂质时，将产生大量自由电子或空穴，电子导电增 强，称为半导体。离子晶体热缺陷造成的离子电导称为本征离子 电导，杂质造成的离子电导称为杂质电导。
关于快离子导体的导电机制，一般认为是：其晶体由两种亚晶格 组成，一种是不运动离子亚晶格，另一种是运动离子亚晶格。当晶 体处于快离子相时，不运动离子构成骨架，为运动离子的运动提供 通道。运动离子像液体那样在晶格中做布朗运动，可以穿越两个平 衡位置的势垒进行扩散，快速迁移。
19
快离子导体的主要特点是：
Ag在AgI晶胞中 的位置
21
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。
❖离子电导行为
如果材料的离子迁移数等于1，或者说离子电导率比电子电 导率大许多，并几乎为材料中总的电导率值，亦即材料中的载 流子几乎全部为离子，材料的导电行为称为离子导电。
在许多离子晶体中，虽然离子迁移数接近于1，但是晶体中的载 流子迁移率很低，材料实际上不导电。离子导电材料在结构上一般 需要满足三个条件：
3
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。
10
传统硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷是离子晶体。在离子晶体中，离 子导电和电子导电都存在。但一般情况下，以离子导电为主，电 子导电很微弱。然而，材料含变价离子，生成非化学计量化合物 或引入不等价杂质时，将产生大量自由电子或空穴，电子导电增 强，称为半导体。离子晶体热缺陷造成的离子电导称为本征离子 电导，杂质造成的离子电导称为杂质电导。
关于快离子导体的导电机制，一般认为是：其晶体由两种亚晶格 组成，一种是不运动离子亚晶格，另一种是运动离子亚晶格。当晶 体处于快离子相时，不运动离子构成骨架，为运动离子的运动提供 通道。运动离子像液体那样在晶格中做布朗运动，可以穿越两个平 衡位置的势垒进行扩散，快速迁移。
19
快离子导体的主要特点是：
Ag在AgI晶胞中 的位置
21
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。
《电子陶瓷制备》课件
混合
将称量好的原料进行混合，使原料充分均匀分布，提高产品的性能稳定性。
成型
选择成型方法
根据产品形状和尺寸选择合适的成型方法，如干压成型、等静压成型、流延成型 等。
控制成型参数
在成型过程中，控制压力、温度、时间等参数，确保产品形状的准确性和密实度 。
烧成
选择烧成工艺
根据原料性质和产品要求选择合适的 烧成工艺，如快速烧成、慢速烧成、 烧结等。
控制烧成参数
在烧成过程中，控制温度、气氛、时 间等参数，确保产品性能的稳定性和 可靠性。
加工与检测
加工
对烧成后的产品进行加工，如切割、磨 削、抛光等，以提高产品的表面质量和 精度。
VS
检测
对加工后的产品进行性能检测，如电性能 、机械性能、热性能等，确保产品符合要 求。
04
电子陶瓷制备中的问 题与解决方案
《电子陶瓷制备》ppt课件
contents
目录
• 电子陶瓷概述 • 电子陶瓷制备技术 • 电子陶瓷制备工艺流程 • 电子陶瓷制备中的问题与解决方案 • 电子陶瓷制备实例分析
01
电子陶瓷概述
电子陶瓷的定义与分类
定义
电子陶瓷是指应用于电子工业中 用作电路基片、电子器件和集成 电路的陶瓷材料。
分类
根据应用领域和功能特点，电子 陶瓷可分为绝缘陶瓷、介电陶瓷 、压电陶瓷、磁性陶瓷等。
02
电子陶瓷制备技术
固相法
固相法是一种传统的电子陶瓷制 备方法，通过将原料粉末混合、 压制成型、烧结等步骤制备陶瓷
。
优点是工艺简单、成本低廉，适 用于大规模生产。
缺点是制备的陶瓷致密度和纯度 较低，性能不够优异。
液相法
液相法是通过将原料溶解在溶剂中，然后通过沉淀、结晶、干燥等步骤制备陶瓷。
将称量好的原料进行混合，使原料充分均匀分布，提高产品的性能稳定性。
成型
选择成型方法
根据产品形状和尺寸选择合适的成型方法，如干压成型、等静压成型、流延成型 等。
控制成型参数
在成型过程中，控制压力、温度、时间等参数，确保产品形状的准确性和密实度 。
烧成
选择烧成工艺
根据原料性质和产品要求选择合适的 烧成工艺，如快速烧成、慢速烧成、 烧结等。
控制烧成参数
在烧成过程中，控制温度、气氛、时 间等参数，确保产品性能的稳定性和 可靠性。
加工与检测
加工
对烧成后的产品进行加工，如切割、磨 削、抛光等，以提高产品的表面质量和 精度。
VS
检测
对加工后的产品进行性能检测，如电性能 、机械性能、热性能等，确保产品符合要 求。
04
电子陶瓷制备中的问 题与解决方案
《电子陶瓷制备》ppt课件
contents
目录
• 电子陶瓷概述 • 电子陶瓷制备技术 • 电子陶瓷制备工艺流程 • 电子陶瓷制备中的问题与解决方案 • 电子陶瓷制备实例分析
01
电子陶瓷概述
电子陶瓷的定义与分类
定义
电子陶瓷是指应用于电子工业中 用作电路基片、电子器件和集成 电路的陶瓷材料。
分类
根据应用领域和功能特点，电子 陶瓷可分为绝缘陶瓷、介电陶瓷 、压电陶瓷、磁性陶瓷等。
02
电子陶瓷制备技术
固相法
固相法是一种传统的电子陶瓷制 备方法，通过将原料粉末混合、 压制成型、烧结等步骤制备陶瓷
。
优点是工艺简单、成本低廉，适 用于大规模生产。
缺点是制备的陶瓷致密度和纯度 较低，性能不够优异。
液相法
液相法是通过将原料溶解在溶剂中，然后通过沉淀、结晶、干燥等步骤制备陶瓷。
电子陶瓷材料1-绪论.
令： r0
ε0 为SI单位制中真空的介电常数，亦称电
常数，ε0=8.85×10-12 F/m； εr为相对介电常数，有时也简称为介电常数， 是一个无量纲的常数.
真空的相对介电常数为1, 其他材料的相对
介电常数均大于1。 C r 0 S
对平行平板电容器：
h
r
C
0
h S
式中，C为试样的电容量；d为试样厚度
直流四端电极法测试电阻率
对中、高电阻率材料，为消除电极非 欧姆接触对测量的影响，多采用直流四端 电极法测试电导率
V
截面积S
I
L
L I
SV
室温下常用 简单的四探 针法：
I V l1 l2 l3
2IV(l1 1l1 2l1 1l2l2 1l3)
如 l=l1=l2=l3 则
I 2 l V
该式是在试样尺寸远大于探针间距时才成立。
当电流I通过试样时，如果在垂直于电流的 方向加一磁场H，则在垂直于 I-H的平面的 方向产生一电场EH，称为霍耳电场，该现 象称为霍耳效应。
霍耳效应的产生是由于电子在磁场作用下， 产生横向位移的结果。电子电导的特征
由于离子质量比电子大得多，因此磁场的 作用力相对较小，离子在磁场作用下，不 呈现横向位移。
璃相、气相和相界交织而成。 • 结晶相：大小不同，形状不一，取向随机的晶粒。直
径几微米到几十微米。小晶粒内部原子或离子点阵规 则排列，是单晶。 • 主晶相决定了材料的性能：介电常数，电导率，损耗 和热膨胀系数。电子陶瓷大都选用氧化物为主晶相。
玻璃相
• 一种低温可以熔融的化合物。作用是填充晶粒之间的 空隙，将晶粒紧密联结成一个整体，降低坯体烧成温 度，阻止晶型转变，在一定条件下，可以抑制晶粒生 长，促使晶粒细微化。广义上和晶粒之间的过渡晶界 相一起统称为晶粒间界。——晶粒之间的固体物质， 原子不规则排列。
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号置
Fe
• Ni
缺陷种类与有效电荷
缺陷种类 高价离子置换 低价离子置换 金属离子空位 非金属离子空位 金属离子填隙 非金属离子填隙
有效电荷 + + + -
二.晶体缺陷的研究：
1)结晶学观点出发，研究缺陷存在的形态 2)热力学立场出发，研究缺陷生成的理论
依据
LDK准玻化璃学技平衡术法指标
原理——将缺陷生成看作是一种化学反应 缺陷反应方程式的规则： (1)质量关系——原子数平衡，方程两边各种原 子(或离子)的个数必须相等 (2)位置关系——格点数成正确比例，每增加a 个M格点，须增加b个X格点 (3)电荷关系——电荷平衡，方程两边的总有效 电荷必须相同(晶体的电中性)
OO X VO ••2e1 2O2(g)
C(s a ) O Z 2 r O C Z '' r a O O V O • •
⑦正离子填隙非化学计量化合物M1+yX 充分反应
M N XXX X M i•• 2e1 2X 2(g)
如：Zn1+yO在一定条件下以 Zni˙ 缺陷为主时，呈n型半导体
缺陷反应方程式应用示例:
①具有Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
MM X M i••VM
②具有反Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2
：
XX XXiVX ••
③具有Schottky缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
(无缺陷) 0VM VXottky缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
⑨电子与空穴复合
eh• 0
三．用质量作用定律表述缺陷浓度
质量作用定律——在一定温度下，化学反应达到平衡 时，正反两方面参加反应的组元浓度乘积之比保持为 常数:
如：aA+bBcC+dD
平衡常数 K [C]c [D]d [A]a [B]b
将质量作用定律应用于缺陷反应式时，用[ ]表示某 种缺陷的浓度，用n、p分别表示电子、空穴的浓度， 气体的分压表示该气体的浓度。
陷
晶格空位 格点间填 隙原子 置换原子
位错
晶体 表面 晶界 相界 层错
空洞 缺陷簇 夹杂物
点缺陷的标记法：Kroger-Vink Notation:
缺陷种类
MXV
金非晶 属金格 元属空 素元位 符素 号符
号
缺陷有效电荷 缺陷位置
· 正电荷 ，负电荷 ×电中性
MX I 金非格 属金点 元属间 素元填 符素隙 号符位
电阻、热释电性、介 陶
电学性质 电常数、压电性、电 光效应、离子导电性
瓷
、绝缘破坏强度
的
性
热学性质
熔点、比热、热导 率、热膨胀系数
质
()
组
晶格的各向异
成
性和取向
化学性质 耐酸、碱、电化学
腐蚀，与金属的亲
合性
缺LT陷CC的基分板类优：点
瞬时 缺陷
声子
电子 缺陷
电子 空穴
点缺陷
线 缺 面 缺 体缺陷
陷
1
1
pKq pPO 62 KO p62P
表明：NiO的电导率随烧结或热处理过程中的氧分压 的增加
按1/6次方的指数规律增加。可从此关系反证 缺陷属何种类，进而推知导电机构。
四.固溶体的概念及其分类
固溶体——固态条件下，一种组分内溶解了其它组 分而形成的单一、均匀的晶态固体。 如：红宝石：-Al2O3+0.5~2% Cr2O3
L 2 O i N 1 x O i 2 L iN 2 ih • O O X
可见，掺Li+后，空穴浓度p要增大，NiO的电导率上升。
若在NiO中掺杂微量Fe3+，Cr3+等三价金属离子。
F 2 O 3 e N 1 x O i 2 F N • e i 2 e 3 O O X
可见，掺入Fe3+后，电子浓度补偿了空穴浓度，
eh• 0
使NiO电导率下降。
2)气氛对电导的影响：由上例
1 2O2 V N i 2h•O O X得:
K1
[VN i ]P 2
1
PO22
根据电中性条件：P2[VN ]i
因而
[VN i]
1P 2
代入上式：
K1
1 P3 2
1
P
O
2 2
1
PKPO62
又因空穴电导率 p pqp
穴迁移率
q- 电 子 电 量 ， p- 空
（纯-Al2O3白宝石） 结构中Cr3+的存在能产生受激辐射，固体激光材料
固溶体中不同组分的结构基元是以原子尺度混合的 ，这种混合是以不破坏主晶相结构为前提的。
M X M X X X M i•• X i
⑤正离子缺位的非化学计量化合物M1-yX(Ni1-yO, Cu2-yO, Mn1-yO等) 1 2X2(g) VM X XX X
VM X VM h• 正离子缺位 一价电离
VM VM h• 正离子缺位 二价电离
如果缺陷反应充分，则有
1 2X2(g) V M 2h•XX X h • 为多子，p型半导体
电子陶瓷材料
第二章 陶瓷的晶体缺陷
一.决定陶瓷性能的结构因素
微结构
机械性质 硬度、强度、比重、 弹性率、断裂韧性
陶
超微结构
(晶粒、晶界级别)
瓷
多晶体
的 构 成 因 素
(原子离子级别)
原子的种类，
元素原 子 的 金 属 性
和非金属性， 化学结合的方 式，结晶结构
晶粒直径 气孔量(晶界、晶 粒内) 晶界(分凝、析出 相) 缺陷(裂纹、位错) 表面状态(伤痕等)
M gO
Al2O 3(s) 2AlM . gVM "g3O 0
⑥非化学计量比化合物MX1-y(负离子缺位)，如TiO2-y,WO2-y 等，
XX X VXX 1 2X2(g)
VX XVX • e VX • VX ••e
若缺陷反应充分，则有： XX X V X ••2e1 2X2(g) e为多子，n型半导体 如BaTiO3在还原性气氛条件下烧结：
如：
O O X V O ••2e1 2O 2(g)
K
[VO••
]n2
P1 2 O2
[OOX ]
或
K[VO ••]n2PO122
应用示例：
1)掺杂对电导的影响： 通常NiO为具有Ni缺位的非化学计量氧化物，p型半导体
1 2O2(g) VN i 2h•OO X
在NiO中掺杂微量的Li+, Na+，K+等一价金属离子
2 L(is )C M 2 l g2 C L M 'l iM g i• • 2 g C Cll
⑧负离子填隙非化学计量化合物MX1+y 充分反应
12X2(g)Xi2h•
如VO1+y，UO2+y在一定条件下，氧过量缺陷为主，呈p型半 导体
Zr 2(sO ) Y 2 O 3 ZY • r2 3O O1 2O i''
Fe
• Ni
缺陷种类与有效电荷
缺陷种类 高价离子置换 低价离子置换 金属离子空位 非金属离子空位 金属离子填隙 非金属离子填隙
有效电荷 + + + -
二.晶体缺陷的研究：
1)结晶学观点出发，研究缺陷存在的形态 2)热力学立场出发，研究缺陷生成的理论
依据
LDK准玻化璃学技平衡术法指标
原理——将缺陷生成看作是一种化学反应 缺陷反应方程式的规则： (1)质量关系——原子数平衡，方程两边各种原 子(或离子)的个数必须相等 (2)位置关系——格点数成正确比例，每增加a 个M格点，须增加b个X格点 (3)电荷关系——电荷平衡，方程两边的总有效 电荷必须相同(晶体的电中性)
OO X VO ••2e1 2O2(g)
C(s a ) O Z 2 r O C Z '' r a O O V O • •
⑦正离子填隙非化学计量化合物M1+yX 充分反应
M N XXX X M i•• 2e1 2X 2(g)
如：Zn1+yO在一定条件下以 Zni˙ 缺陷为主时，呈n型半导体
缺陷反应方程式应用示例:
①具有Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
MM X M i••VM
②具有反Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2
：
XX XXiVX ••
③具有Schottky缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
(无缺陷) 0VM VXottky缺陷的化学计量化合物M+2X-2：
⑨电子与空穴复合
eh• 0
三．用质量作用定律表述缺陷浓度
质量作用定律——在一定温度下，化学反应达到平衡 时，正反两方面参加反应的组元浓度乘积之比保持为 常数:
如：aA+bBcC+dD
平衡常数 K [C]c [D]d [A]a [B]b
将质量作用定律应用于缺陷反应式时，用[ ]表示某 种缺陷的浓度，用n、p分别表示电子、空穴的浓度， 气体的分压表示该气体的浓度。
陷
晶格空位 格点间填 隙原子 置换原子
位错
晶体 表面 晶界 相界 层错
空洞 缺陷簇 夹杂物
点缺陷的标记法：Kroger-Vink Notation:
缺陷种类
MXV
金非晶 属金格 元属空 素元位 符素 号符
号
缺陷有效电荷 缺陷位置
· 正电荷 ，负电荷 ×电中性
MX I 金非格 属金点 元属间 素元填 符素隙 号符位
电阻、热释电性、介 陶
电学性质 电常数、压电性、电 光效应、离子导电性
瓷
、绝缘破坏强度
的
性
热学性质
熔点、比热、热导 率、热膨胀系数
质
()
组
晶格的各向异
成
性和取向
化学性质 耐酸、碱、电化学
腐蚀，与金属的亲
合性
缺LT陷CC的基分板类优：点
瞬时 缺陷
声子
电子 缺陷
电子 空穴
点缺陷
线 缺 面 缺 体缺陷
陷
1
1
pKq pPO 62 KO p62P
表明：NiO的电导率随烧结或热处理过程中的氧分压 的增加
按1/6次方的指数规律增加。可从此关系反证 缺陷属何种类，进而推知导电机构。
四.固溶体的概念及其分类
固溶体——固态条件下，一种组分内溶解了其它组 分而形成的单一、均匀的晶态固体。 如：红宝石：-Al2O3+0.5~2% Cr2O3
L 2 O i N 1 x O i 2 L iN 2 ih • O O X
可见，掺Li+后，空穴浓度p要增大，NiO的电导率上升。
若在NiO中掺杂微量Fe3+，Cr3+等三价金属离子。
F 2 O 3 e N 1 x O i 2 F N • e i 2 e 3 O O X
可见，掺入Fe3+后，电子浓度补偿了空穴浓度，
eh• 0
使NiO电导率下降。
2)气氛对电导的影响：由上例
1 2O2 V N i 2h•O O X得:
K1
[VN i ]P 2
1
PO22
根据电中性条件：P2[VN ]i
因而
[VN i]
1P 2
代入上式：
K1
1 P3 2
1
P
O
2 2
1
PKPO62
又因空穴电导率 p pqp
穴迁移率
q- 电 子 电 量 ， p- 空
（纯-Al2O3白宝石） 结构中Cr3+的存在能产生受激辐射，固体激光材料
固溶体中不同组分的结构基元是以原子尺度混合的 ，这种混合是以不破坏主晶相结构为前提的。
M X M X X X M i•• X i
⑤正离子缺位的非化学计量化合物M1-yX(Ni1-yO, Cu2-yO, Mn1-yO等) 1 2X2(g) VM X XX X
VM X VM h• 正离子缺位 一价电离
VM VM h• 正离子缺位 二价电离
如果缺陷反应充分，则有
1 2X2(g) V M 2h•XX X h • 为多子，p型半导体
电子陶瓷材料
第二章 陶瓷的晶体缺陷
一.决定陶瓷性能的结构因素
微结构
机械性质 硬度、强度、比重、 弹性率、断裂韧性
陶
超微结构
(晶粒、晶界级别)
瓷
多晶体
的 构 成 因 素
(原子离子级别)
原子的种类，
元素原 子 的 金 属 性
和非金属性， 化学结合的方 式，结晶结构
晶粒直径 气孔量(晶界、晶 粒内) 晶界(分凝、析出 相) 缺陷(裂纹、位错) 表面状态(伤痕等)
M gO
Al2O 3(s) 2AlM . gVM "g3O 0
⑥非化学计量比化合物MX1-y(负离子缺位)，如TiO2-y,WO2-y 等，
XX X VXX 1 2X2(g)
VX XVX • e VX • VX ••e
若缺陷反应充分，则有： XX X V X ••2e1 2X2(g) e为多子，n型半导体 如BaTiO3在还原性气氛条件下烧结：
如：
O O X V O ••2e1 2O 2(g)
K
[VO••
]n2
P1 2 O2
[OOX ]
或
K[VO ••]n2PO122
应用示例：
1)掺杂对电导的影响： 通常NiO为具有Ni缺位的非化学计量氧化物，p型半导体
1 2O2(g) VN i 2h•OO X
在NiO中掺杂微量的Li+, Na+，K+等一价金属离子
2 L(is )C M 2 l g2 C L M 'l iM g i• • 2 g C Cll
⑧负离子填隙非化学计量化合物MX1+y 充分反应
12X2(g)Xi2h•
如VO1+y，UO2+y在一定条件下，氧过量缺陷为主，呈p型半 导体
Zr 2(sO ) Y 2 O 3 ZY • r2 3O O1 2O i''