功能陶瓷材料的制备与研究进展

功能陶瓷材料的制备与研究进展

摘要：该文重点介绍了三种功能陶瓷的发展和制备情况，并针对我国功能陶瓷的研究存在的问题提出应对方法，以期为我国未来功能陶瓷的研究提供参考。

关键词：功能陶瓷制备研究

功能陶瓷自20世纪30年代发展以来，经历了电介质陶瓷到高温超导陶瓷的发展历程，目前功能陶瓷在计算机技术、微电子技术、光电子技术等领域应用广泛，成为推动我国科技发展的重要功能性材料。

1 功能陶瓷情况介绍

1.1 微波介质陶瓷

微波介质陶瓷主要应用于现代通讯设备中，尤其在介质天线、滤波器、谐振器等设备中发挥着至关重要的作用。在现代通讯技术影响下，我国十分重视微波介质陶瓷的研究和发展。微波介质陶瓷研究对其基本要求如下。

为了实现微波元器件小型化发展要求，在使用的微波波段中微波介质陶瓷介电常数ε应尽可能的大；为了保证较好的通讯质量和良好的滤波性质，微波介质陶瓷的品质因数Q应尽可能的小；应保证谐振频率的温度系数可调节或者最大限度的小。除此之外，还应充分分

析微波介质陶瓷的绝缘电阻、传热系数等参数。

目前对微波介质陶瓷的研究、开发主要集中在以下方面。

首先，高品质因数和低介电常数的微波介质陶瓷，这类材料主要以BaO-ZnO-Nb2O5、BaO-ZnO-Ta2O5、BaO-MgO-Ta2O5或者它们之间的复合材料为代表。当满足f≥10?GHz，Q=(1-3)×104，ε=25-30，谐振温度系数几乎为零时，可广泛应用于毫米、厘米波段的卫星直播通信系统中。

其次，中等的Q和ε微波介质陶瓷，其组成材料主要有Ba2TiO20、(Zr，Sn)TiO4以及BaTi4O9等。当满足f≤3-4?GHz，Q=(6-9)×104，ε≈40，谐振温度系数小于等于5×10-6/℃，可作为微波军用雷达通信系统的重要器件。

最后，低Q和高ε微波介质陶瓷，以BaO、TiO2、Ln2O3为主要组成材料，该类陶瓷在目前微波介质陶瓷研究中受到人们的广泛关注。目前微波介质陶瓷主要通过传统的固相反应方法制备。

1.2 铁电压电陶瓷材料

铁电压电陶瓷材料在通讯、检测、传感器等领域应用广泛且取得了显著的成就。经过五十多年的发展铁电压电陶瓷材料的运用已在逐步的改变人们是生活，而且在军事上设备上发挥着重要作用，因此，现在各国对铁电压电陶瓷材料的研究和开发非常重视，研究的方向从

发掘已知材料新效应转向开发新的应用。另外还从控制材料的结构和组织着手，不断探索新的压电材料。

目前铁电压电陶瓷材料国内外研究主要集中在以下几方面。

（1）无铅压电陶瓷

有关无铅压电陶瓷的研究日本在世界上占重要位置，发表了诸多参考价值较大的专利和论文。但是和铅基陶瓷研究相比无铅压电陶瓷还存在一定的差距，需要经过长期的探索和研究。最近，含铋层状机构无铅压电陶瓷和钛酸铋钠系统的研究获得了显著的效果，在不久的将来会广泛应用于电子产品领域。

（2）弛豫铁电单晶体

早在20世纪90年代弛豫铁电单晶体研究已获得突破性进展，成功的研究出了接近实际要求的单晶体，尤其可使机电耦合系数达到92%以上，压电系数达到了2000×10-12/N，储存能量密度达到了130?J/kg，这些指标均超过现有各种压电材料，为声呐探测、医学超声成像等领域的研究奠定了坚实的基础。

（3）压电陶瓷

压电陶瓷在国际上引起了广泛关注，经过多年的发展这类材料应用范围由以前的水声器扩大到超声成像、无损探伤等领域。为了制造出高质量的压电陶瓷材料，人们不断对其制作工艺进行研究终于探索

出遗留法、注模成型法、脱模法等方法，使压电陶瓷的结构精度提升到20?μm。

1.3 半导体陶瓷材料

正、负温度系数热敏陶瓷是两类应用较为广泛的热敏电阻，尤其在通讯技术迅猛发展的今天，这类材料广泛应用于各种电气元件过载保护中。

半导体陶瓷材料中气敏陶瓷种类较多，尤其是SnO2气敏传感器性能优越是现在应用较为广泛的半导体材料。这类材料对乙醇、甲烷、一氧化氮等气体的灵敏度较高，而且能够重复使用，因此具备较高的使用寿命。如果使用纳米级的材料能够显著提高SnO2气敏性能。

另外，ZrO2氧敏传感器在汽车上的应用取得较大成就，研制出了能够准确检测空/燃=14.5-24层叠式传感器，但是这种传感器受到汽车燃料四乙铅的影响会失灵，所以现在人们开发出了CoO+MgO和Ti02陶瓷热敏传感器，显著提升了汽车排气比的检测。

总之，实现功能陶瓷敏感元件多功能方面的的研究是未来重要的发展趋势，例如BaSbO3和BaTiO3材料可以制成对湿度和温度的敏感的器件等。另外，功能陶瓷敏感器件的层叠化、厚膜化、集成化的研究也非常重要。

2 我国功能陶瓷材料研究注意事项

与发达国家相比我国在功能陶瓷材料的研究还存在较大差距，因此为了提高我国在功能陶瓷研究水平，缩短与国际水平之间的差距，在研究功能陶瓷材料应注意以下问题。

首先，应发挥优势突出重点。功能陶瓷的种类和应用范围较大，我国在研究过程中不可能面面俱到，因此在研究过程中应做到抓住重点，突出优势。目前我国在超导陶瓷、电解质陶瓷等方面的研究取得了显著成绩，我们在此基础上再接再厉，加强与国家先进水平之间的技术交流，保证我国在该类功能陶瓷研究中处于领先地位。

其次，建立完善的研究体系。功能陶瓷材料未来前景广阔，在应用上具有较大潜力，因此，为了满足未来发展需求，我们应从应用基础做起，脚踏实地，建立完善的研究体系，充分发挥团队作用，提高现有资源的利用率，为我国功能陶瓷的研究做出突出贡献。

3 结语

功能陶瓷材料在推动科技发展方面发挥重要作用，因此我国应加强这方面的研究和探索，面对未来市场需求，尽早部署有关的研究计划，为我国功能陶瓷的研究和发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 林志伟.功能陶瓷材料研究进展综述[J].广东科技，2010(14).

[2] 徐梅花.新型功能陶瓷材料研究及发展[J].西部探矿工程，