《先进陶瓷材料及进展》第7章高介电容器瓷
第七章陶瓷基体复合材料
连续长纤维增强陶瓷复合材料的韧性、强度和模量都 有不同程度增强，而且制备工艺复杂，不容易均匀分 布。
短纤维（晶须）增强复合材料可以明显改善韧性，但 强度提高不够显著。晶须具有长径比，当其含量较高 时，因其桥架效应而使致密化变得因难，引起了密度 的下降并导致性能的下降。
复合材料的性能与基体的气孔率、界面结合有很大的 关系
二、ห้องสมุดไป่ตู้压烧结法
热压是目前制备纤维增强陶瓷基复合材料最常 用的方法，是压力与温度同时作用于粉体，加 快了粉体的致密化速度，使得产品的致密度更 高，同时晶粒尺寸也更小。主要包括以下两个 步骤：①增强相渗入没有固化的基体中；②固 化的复合材料被热压成型。
f(MPa)
Al2O3+ SiCw
复
SiCw含量（vol%）
SiCw含量（vol%）
合 材
维 氏
料
硬
弹 性
的
度
力
模 量
E(GPa)
学
性
能
SiCw含量（vol%）
从上面的讨论知道，由于晶须具有长 径比，因此，当其含量较高时，因其桥架 效应而使致密化变得因难，从而引起了密 度的下降并导致性能的下降。
氮化硅是一种出色的耐腐蚀材料，可用作坩锅， 热电欧保护管，金属冶炼炉的内衬材料。有极高 的热稳定性和中等的机械强度，可以用作火箭喷 嘴、导弹发射台和尾气喷管以及燃气轮叶片。
氮化硅原子自扩散系数非常小，制备难，近年来 人们开始研究添加氧化铝形成的氮化硅固溶体形 成Sialon陶瓷（赛隆，含有Si、Al、O、N四种元 素）。
工业陶瓷中碳化硅有黑色和绿色两种，黑色是碳过 量，绿色是硅过量
2）氮化硅陶瓷
氮和硅的唯一化合物。有α 、β 两中晶型，α 属于低 温型，在1400～1600℃时转变为β型（高温稳定型）。 两种变体均属于六方晶系，但c方向上α 型晶格常数 β型的2倍。两种晶型密度很相近，相变时几乎不发 生体积变化 。理论密度为3.184g/cm3，布氏硬度99 级，分解温度1900℃，α型膨胀系数为3.0×10-6/℃, β 型热膨胀系数为3.6×10-6/℃。20℃时电阻率为 1013~14Ω∙cm。机械强度高，尤其是高温机械强度。 化学稳定性好，抗氧化能力强
先进陶瓷材料制备研究进展
图1溶胶-凝胶法制备BGs 的工艺流程图1前言先进陶瓷具有精细的结构，其化学键为离子键和共价键，键合能大，因而具有金属和高分子材料所不具备的高模量、高硬度、耐腐蚀等性能以及光、声、电等优异功能特性。
先进陶瓷优良的综合特性促使其广泛应用于电子、机械、计算机、医学工程、化工等各个领域。
近年来，先进陶瓷广泛受到材料科学工作者的关注。
随着先进陶瓷各种功能的开发，其市场规模将不断扩大，早在几年前先进陶瓷材料及其产品的销售总额就已超过500亿美元，年增长率达8%[1]。
随着高新科技的不断发展，先进陶瓷在某些高技术领域已成为关键材料和瓶颈材料，因而传统的经验技术已不能满足先进陶瓷的制备要求。
国内外学者对先进陶瓷材料的制备技术进行了大量研究[2-3]。
目前，先进陶瓷材料的制备不再是沿用传统的方法，而是采用与现代科技相结合的高新技术。
与传统的经验技术相比，高新技术制备的先进陶瓷尺寸精度高、结构均匀、致密度高、机加工量少，由此取代传统技术成为目前先进陶瓷材料制备的主流技术。
鉴于此，有必要对该材料的先进制备方法进行归纳分析，以期为先进陶瓷的制备、研究和生产提供参考。
2先进陶瓷素坯的制备技术事实上，与传统固相反应法相比，溶胶-凝胶工艺的反应温度低，粉体高度均匀，纯度可达化学纯[4-5]，并且可在溶液中对陶瓷薄膜或纤维的形状进行修饰[6-7]，具有优越的控制能力。
采用溶胶-凝胶法制备氧化铝陶瓷晶粒,可以缩短反应时间，并使各晶面产生各向异性，有效控制晶粒的形状。
按照工序，将氧化铝粉体配制成具有流动性的液态流体，在装有透射式X 射线测厚仪的流延机上进行流延成型，可制得厚度仅为10um，误差不超过1um 的高质量超薄型氧化铝陶瓷基片。
BGs 是一种多孔陶瓷材料，能够与骨等软硬组织结合，对宿主的伤害小[8-11]。
Eshsan Vafa 等[12]从苹果当中提取自制醋为催化剂，用溶胶-凝胶法合成了BGs，其流程如图1所示。
以往的研究表明，商业BGs 颗粒的粗糙度、孔隙率和均匀度都小于用溶胶-凝胶法制备的BGs 颗粒[13-14]。
高级陶瓷及其应用
先进陶瓷及其应用集锦在千姿百态的物质界，大自然所恩赐的天然材料（如矿物、岩石、木材、丝棉等）虽数量大，品种多，但就其品种远不能满足社会发展的需求。
现代科技和人类生存所应用的材料，绝大多数品种是以自然资源和传统材料为基础，经加工改造而成的人工合成材料。
正是这些人工材料，支撑着整个社会的科技与文明。
故而，对自然资源的开发、传统材料的改造和新型材料的研制，已成为当今人们获取新材料的系统工程。
材料工程技术将为科技进步不断开发出形形色色的具有特殊功能的新型材料和先进材料。
功能奇异的先进陶瓷便是新材料技术发展的典范。
陶瓷是用无机化合物粉料经高温烧结而成的、以多晶聚集体为基本结构的固体物质。
传统陶瓷是以天然硅酸盐矿物（瓷石、粘土、长石、石英砂等）为原料，经粉碎、磨细、调和、塑形、干燥、锻烧等传统工艺制作而成。
实际上瓷是在陶的基础上发展而成的比陶白净、细腻、质地致密且性能更为优良的硅酸盐材料。
先进陶瓷与传统陶瓷区别在于：先进陶瓷是以高纯、超细的人工合成的无机化合物（可含或不含硅化物）为原料，采用精密控制的先进工艺烧结而成的、比传统陶瓷结构更加精细、性能更加优异的新一代陶瓷。
先进陶瓷又称为精细陶瓷或高性能陶瓷。
先进陶瓷按使用性能可分为先进结构陶瓷（其使用性能主要指强度、刚度、硬度、弹性、韧性等力学性能）和先进功能陶瓷（其使用性能主要指光、电、磁、热、声等功能性能）两大类；按其化学成分又可分为：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、氟化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、铝酸盐陶瓷等。
先进结构陶瓷是指以其优异的力学性能而用于各种机械结构部件的新型陶瓷。
应用领域如陶瓷质密封套管、轴承、缸套、活塞及切削刀具等；先进功能陶瓷则是指利用材料的电、磁、光、声、热等直接的性能或其耦合效应来实现某种使用性能的新型陶瓷。
如电容器陶瓷以其极高的抗电击穿性能用来制作高容抗陶瓷电容器；压电陶瓷以其能利用机械撞击或机械振荡产生电效应来制作压电点火装置的发火元件或传感器元件；热敏陶瓷可感知微小的温度变化，用于测温、控温；气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有害气体进行监测、控制和实现自动报警；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，自动曝光和自动记数；磁性陶瓷是重要的信息记录材料，在计算机中完成记忆功能。
简述先进陶瓷材料的研究进展及应用领域
引言
随着科学 技术 的发展和人类文 明的 且应用广 泛的先进 陶瓷制品。
性 而 引 起 科 技 界 的 广 泛 关 注 。
进步 ，人们对 于陶瓷材料制品的要求越
现阶段 ，先进陶瓷材料 的发展 日新
随着研究 的进展 ，先进陶瓷材料越
矿物为 原料 ，主要是 天然硅酸 盐矿 物 ， 满 足人们 日常生 活需 要或具有一 定艺术 指利用材料的电、磁 、光、声、热等直
如瓷石 、粘土、长石 、石 英砂等 ；先进 欣 赏价值 主要起 装饰作用的陶瓷制品 ； 接的性能或其耦合效应来实现某种使用
陶瓷 以人工精制合成原料为主 ，从粘土 先进陶瓷主要应用于航空 、能源 、冶金 性 能 的 新 型 陶 瓷 。
１．先 进 陶 瓷 概 述
１．１先 进陶 瓷
要起装饰作用 的陶瓷制 品。
段— —先进陶瓷阶段。
传统陶瓷是使用普通硅 酸盐原料及
２０世纪 以来 ，特 别 是 第二 次 世界
先进陶瓷是采用高度精 选或人工合
部分 化工原料 ，按 照一 定的工艺方法 ， 大 战之后 ，随着宇宙开发 、原子 能工 业 成的原料 ，通过结构设 计、精确的化学
塑 成型 为主 ，烧 结温 度一般 在 １３５０摄 构 陶瓷 （其使用性 能主要指强度 、刚度 、 物 陶瓷 、铝酸盐陶瓷等 。
氏度 以下 ，燃料 以煤 油气为主 ，无 需精 硬度 、弹性 、韧性 等力学 性能）和先进
结 构 陶 瓷 功 能陶瓷
表 １先进陶瓷应用性能分类
种 类 高 温 陶 瓷
１９０５年 ，德 国人 率 先开 始 了氧 化 陶瓷 的研究 ；从最初偏重与 陶瓷材料 的 先进 陶瓷材料及其产 品的市场销售总额
《先进陶瓷材料及进展》第七章高介电容器瓷
《先进陶瓷材料及进展》第七章高介电容器瓷1.引言在电子器件中，高介电材料广泛用于制造电容器，以提供高性能和稳定性。
高介电容器瓷是一种特殊材料，具有优异的介电性能和机械强度，被广泛应用于电器、电力系统、通信和电子领域。
本章将介绍高介电容器瓷的基本性质、制备方法以及应用领域的进展。
2.高介电容器瓷的基本性质高介电容器瓷具有以下基本性质：(1)高介电常数：高介电容器瓷的介电常数通常在几十到数百之间，比一般材料的介电常数要高。
(2)优异的绝缘性能：高介电容器瓷具有良好的绝缘性能，可以在高温、高频等恶劣环境下工作。
(3)低介质损耗：高介电容器瓷的介质损耗很低，能够提供良好的电容稳定性和能量储存能力。
(4)高机械强度：高介电容器瓷通常具有较高的机械强度和硬度，能够保证器件的稳定性和可靠性。
3.高介电容器瓷的制备方法高介电容器瓷的制备方法主要有以下几种：(1)干法制备：干法制备是指通过固相反应或化学合成的方法制备高介电容器瓷。
常见的干法制备方法有烧结法、沉淀法、固相合成法等。
(2)湿法制备：湿法制备是指通过溶胶-凝胶法、水热法等在溶液中制备高介电容器瓷。
湿法制备方法具有制备工艺简单、成本低等优点。
(3)薄膜制备：通过溅射、化学气相沉积等方法制备高介电容器瓷的薄膜，常用于微电子器件中。
4.高介电容器瓷的应用领域高介电容器瓷被广泛应用于以下领域：(1)电力系统：高介电容器瓷用于制造高压电容器，用于电力系统中的电容器分合闸装置、断路器、避雷器等。
(2)电子器件：高介电容器瓷用于制造电子器件中的电容器，并在电子电路中起到储能、隔离、滤波等作用。
(3)通信领域：高介电容器瓷在通信设备中用于制造射频滤波器、耦合器、天线等，以提供高频信号的传输和处理。
(4)新能源器件：高介电容器瓷用于制造储能装置中的电容器，如超级电容器、太阳能电池和燃料电池。
5.高介电容器瓷的进展当前(1)新材料的研发：研究人员不断开发新材料，以提高高介电容器瓷的性能和工作温度范围。
中国先进电介质陶瓷材料技术发展及应用
中国先进电介质陶瓷材料技术发展及应用司留启;应红;杨彬【摘要】电介质陶瓷材料是电子工业中制备基础元件的关键材料,其市场需求量大,产业化前景广阔.本文从产业化的角度分析了中国电介质陶瓷材料的发展现状,探讨了影响其技术发展的关键因素,同时介绍了目前市场用量较大、产业化水平较高的钛酸钡粉体材料、电容器介质陶瓷材料、微波介质陶瓷材料、压电陶瓷材料的最新产业化技术动态,很大程度上代表了中国先进电介质陶瓷材料的发展水平.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】7页(P377-383)【关键词】先进电介质陶瓷材料;钛酸钡;电容器介质陶瓷材料;微波介质陶瓷材料;压电陶瓷材料【作者】司留启;应红;杨彬【作者单位】山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091;山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091;山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091【正文语种】中文【中图分类】TB34电介质陶瓷材料的发展始于20 世纪初，是电子工业中制备基础元件的关键材料，被广泛应用于人们生产生活的各个领域.近十几年来，随着通信、家电、汽车、军事等相关领域电子元器件产品飞速发展，电介质陶瓷材料市场需求量不断增加，日益显示出广阔的市场前景和强大的经济效益.为满足市场需求，国内各企事业单位和科研院所围绕电介质陶瓷材料原料、工艺、设备、配方等开展了广泛而深入的研究，国内电介质陶瓷材料产业化水平不断提高，电介质陶瓷材料行业呈现出蓬勃发展的势头.据统计，电介质陶瓷材料的全球消费量2005到2015的年均增长速率超过10%，预计2016年将达到6.6万t以上.中国约占电介质陶瓷材料的全球市场份额的10%～15%，主要生产企业有：山东国瓷、风华高科、厦门松元、昆山长丰、成都宏明等.多层片式陶瓷电容器(MLCC)需求量的增加对电介质陶瓷材料的增长起到了关键作用.中国前瞻研究院数据显示，2000～2015年，我国国内MLCC产量的年均增速超过20%，预计到2016年国内MLCC市场规模将超过300亿元.中国是世界制造业大国，MLCC使用量约占全球MLCC出货量50%，为电介质材料的发展提供了良好的土壤.MLCC产量的增长，也为其关键原材料钛酸钡和电介质陶瓷材料带来了广阔的市场前景.虽然近年来受市场外部环境的影响，一些传统产品价格有所下降，但一些高端产品如300 nm以下钛酸钡、中高压电介质陶瓷材料等的价格和市场均持续看好.微波介质陶瓷主要用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线等，在便携式移动电话、微波基站、电视卫星接收器和军事雷达等方面正发挥着越来越大的作用.近十几年来，我国微波介质陶瓷一直保持较快增长，据中国产业信息网相关资料显示，到2015年国内微波元器件的销售额达到28亿元，微波介质陶瓷材料的产量已突破2 700 t.移动通信中的4G/5G技术的发展为相关产业带来了新的机遇，微波介质陶瓷迎来新的增长点.压电陶瓷应用非常广泛，已有100 a的发展历史，从打火机到航天飞机，被应用于生产生活的各个领域.目前国内压电陶瓷材料及器件的生产厂商达上百家，竞争较为激烈.目前压电陶瓷一般都含有Pb，随着人们环保意识的提高，无铅压电陶瓷是未来的必然趋势，国内外企业和研究机构进行了大量的研究和开发工作，取得了一定成绩.电介质陶瓷材料市场前景广阔，国内技术和产品质量与国外的差距越来越小，涌现出一批高附加值的产品，在替代进口的同时，逐步走向国际市场.陶瓷介质元器件向微型化、低能耗、高可靠、高稳定方向发展，要求电介质陶瓷材料粉体具有高纯度、高分散、高均匀、粒度分布窄等性能，这些性能的实现依赖于原材料、工艺、设备、配方等技术的共同协调发展.1.1 原材料原材料是电介质陶瓷材料的前提和基础，满足产品特性要求是原材料选择的首要因素，性价比高是产业化追逐的目标.电介质陶瓷材料使用的原材料主要包含：Ba,Sr,Ca,Ti,Zr,Pb和稀土等元素的碳酸盐、氧化物、氢氧化物等.以固相法钛酸钡的合成为例，钛酸钡的颗粒大小和形貌主要由原材料TiO2决定，要合成200 nm 及以下的钛酸钡，至少需要选用比表面积大于20 m2/g且分散性良好的TiO2，图1(a)，(b)规格的TiO2纯度为99.8%，其比表面积均为30 m2/g，能满足要求. 我国Ba，Ti和稀土等矿产资源储量丰富，原材料生产厂家众多，但深加工产品少，某些超细、高纯、高分散原材料还不能充分满足使用需求.另外，粉体材料生产所需相关添加剂产品如分散剂、脱模剂、胶水等，对电介质陶瓷材料的性能也有显著影响，国内相关的系统配套研究相对缺乏，还有很大提升空间.1.2 工艺制备工艺在很大程度上决定了产品的性能和应用.目前电介质陶瓷材料产业化合成工艺主要有固相法、水热法、沉淀法、溶胶凝胶法[1]等，表1对四种产业化合成工艺进行了对比.以钛酸钡为例，传统固相法具有生产流程短、设备简单、原料易得、成本低廉等优点，为国内多数厂家采用，产品大多用于圆片电容器或PTC行业.水热法钛酸钡具有高纯度、高分散、颗粒均匀、形貌规整、性能稳定等特点，适合MLCC等高端领域应用，山东国瓷作为国内电介质陶瓷材料的龙头企业，可批量生产30～800 nm系列水热法钛酸钡产品.1.3 设备设备是实现产品的关键，生产设备很大程度上决定了产品品质，检测设备是产品品质的重要保障.生产设备和检测设备技术的发展促进电介质陶瓷材料的发展.1.3.1 生产设备目前电介质陶瓷材料产业化生产所需的关键设备如球磨机、砂磨机、喷雾干燥机、微波干燥机、气流粉碎机、推板炉、辊道炉等均已实现国产化，基本可以满足电介质陶瓷材料生产的需求.以电介质陶瓷材料行业使用的湿式研磨设备砂磨机为例，国内厂家对其原理和结构已经研究的比较充分，进行了大量的产业化验证.研究显示砂磨机叶片结构、转速、内衬材质以及分散介质的材质、尺寸、形状等对所分散粉体的颗粒细度、形貌、粒度分布、研磨效率等指标都有重要影响.近年来国内分散介质如锆球的生产水平不断提高，以Φ0.3mm锆球为例，产品品质与国外水平相当，如表2所示.1.3.2 检测设备电介质陶瓷材料检测所需的用于分析粒度分布、组成结构、微观形貌的设备与国外水平相比还存在一定差距.但经过多年研究，国内厂家已经取得长足进步，如激光粒度分析仪、比表面积分析仪等具有一定水准，在国内普及率不断提高.其它分析仪器如XRF分析仪、XRD分析仪，ICP，SEM，TEM等依靠进口，价格昂贵，成为制约国内企业技术进步和质量提升的重要因素.1.4 配方电介质陶瓷材料一般需要几种甚至十几种化合物通过混合、固溶、掺杂等物理和化学作用以实现优良介电性能.以钛酸钡基X7R特性要求的介质材料为例：在钛酸钡的基础上加入一些添加剂，虽然添加剂用量很少(质量分数一般小于5%)，但对产品性能影响较大.既要起到压峰移峰的作用获得相应的温度系数和介电常数，又要兼顾损耗、绝缘、烧结温度、气氛、瓷体颜色等，这些都需要大量的实验及理论研究工作.在电介质陶瓷材料配方研究领域，我国开展的相关研究工作很多，每年都有大量的论文、专利发表，其中也不乏高质量的研究成果.但整体来看依然存在研发力量分散、基础研究较少、创新研发不多、产学研结合相对薄弱等问题.随着我国电介质陶瓷原材料、设备、工艺、配方技术的不断发展，以及下游MLCC及微波、压电元器件行业持续发展需求的拉动，我国电介质陶瓷材料领域发展迅速，与国外差距正在缩小，某些产品已经达到国际先进水平.如山东国瓷“多层陶瓷电容器用钛酸钡基介电陶瓷材料的产业化关键技术及应用”、“一种连续制备钛酸钡粉体的工艺”分别获得国家科学技术进步奖二等奖和中国专利金奖，在产业化水热钛酸钡基电介质材料领域代表中国领先水平，并和国际市场上的日本、美国企业展开全面竞争.2.1 钛酸钡粉体材料钛酸钡是电子陶瓷元件的重要基础原料，由于其具有介电常数高和介质损耗低的特点，被广泛应用于制作正温度系数热敏电阻器、MLCC、光电器件和动态随机存储器等，被誉为“电子陶瓷的支柱”.MLCC介质的薄层化对这种介质材料的性能提出了更高的要求，譬如高纯度、单分散、化学均一性、高结晶度、细晶等.国际上十分重视高性能MLCC用超细钛酸钡材料制备技术的提高和发展.图2是2015年全球MLCC领域不同工艺BaTiO3的市场占有率分布图.我国高性能超细钛酸钡材料的制备技术起步晚，目前国内厂家大多采用的是固相法或草酸法，主要用于圆片电容器或PTC行业.山东国瓷是国内唯一一家工业化使用水热法合成生产钛酸钡的厂家，具有一系列立方相、四方相钛酸钡产品，产品粒度涵盖30～800 nm，可根据客户要求定制.水热法钛酸钡是MLCC介质材料大批量使用的主流产品，出货量占全球47%，商业化产品如表3所示.水热法一般是将Ba(OH)2溶液与一定形式的钛源，如TiO(OH)2，TiO2等混合后，转入到高压釜中，在一定的温度和压力下形成钛酸钡颗粒.由于在高温、高压水热条件下，能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，并达到一定的过饱和度，因此可形成原子或分子生长基元，进而成核结晶生成粉体.相比其它方法，该工艺制备的钛酸钡电子陶瓷材料具有晶粒发育完整、粒度小且分布均匀、颗粒的团聚较轻、可使用较为便宜的物料、易得到合适的化学计量物以及通过改变工艺过程可控制产品的颗粒性质等优点，尤其是水热法制备的钛酸钡毋需高温煅烧处理，避免了烧结过程中造成的晶粒长大、缺陷形成和杂质引入.图3展示了国内外水热法超细钛酸钡颗粒形貌.纳米BaTiO3粉体的制备近年来一直是纳米科技领域的一个研究热点，各项制备技术也得到了较大发展，但其制备研究仍有许多问题需要探索和研究，如对合成BaTiO3纳米颗粒的过程机理缺乏深入的研究；对控制微粒的形态及其粒度分布性能等技术以及各性能之间的关系的研究还不够；对合成装置缺乏工程研究；性能测试和表征手段还需改进等.2.2 电容器电介质陶瓷材料与电解电容器相比，陶瓷电容器虽然静电电容范围较小，但是由于计算机、电视机、手机、汽车等机电一体化，特别是集成电路的发展，陶瓷电容器凭借尺寸和价格等方面的优势，得到了很大的发展.目前，陶瓷电容器在整个电容器产业中的出货份额已超过80%，并且有不断扩大的趋势.根据结构的不同，陶瓷电容器可分为单层陶瓷电容器(圆片电容器)和MLCC.随着电子设备及元器件向微型、薄层、混合集成及表面贴装技术方向的迅速发展，对MLCC的需求与日俱增，MLCC不断向薄介质、高层数、小尺寸、大容量、高可靠性方向发展.目前，利用薄层化、多层化(600～1200层)、贱金属电极等技术，已开发出介质厚度小于1 μm，层数1 000层以上，容量高达470 μF甚至以上的MLCC.电介质陶瓷材料作为MLCC的关键原材料，其技术发展方向包含：纳米级电介质陶瓷颗粒的表面包覆技术、还原性气氛烧结技术、薄层化高可靠性技术、低温烧结技术等.要获得介质特性和可靠性良好的高容量MLCC，介质瓷料必须具有良好的分散性，添加剂要均匀分布于电介质陶瓷主体材料中.一方面可以采用高纯纳米级原材料或者溶于水的金属有机盐为添加剂，另一方面采用离心喷雾干燥、假烧等包覆技术使添加剂均匀包覆于电介质陶瓷颗粒表面，使材料的微观结构呈现“芯-壳”结构，即颗粒核心保留主晶相，而颗粒的“外壳”为添加物取代后的晶相，如图4.为降低成本，MLCC制造企业已大量采用贱金属镍为内电极替代价格昂贵的银钯电极.金属镍在空气中烧结时容易被氧化，必须在还原性气氛下烧结.而还原气氛下钛酸钡瓷料中存在氧缺位，Ti4+离子部分被还原成Ti3+，瓷体呈现明显的电子电导，介质损耗增大.需要通过对钛酸钡添加施主和受主离子来控制氧空位的迁移以及再氧化过程，改性添加物的选择和用量需要兼顾瓷料的其它介电性能，从而得到可以在还原气氛下烧结可靠性良好的MLCC瓷料[2].相对于1～2 μm甚至以下的MLCC介质层，介质瓷料的最大粒径不能超过0.2μm，其平均粒径0.05～0.15 μm最佳，而高纯度、窄的粒度分布和高分散性，有利于控制介质瓷料烧结过程中的晶粒异常长大，进而实现薄层化.这些性能指标的实现，有赖于原材料、合成工艺、分散技术的相互配合.图5展示了用80 nm钛酸钡制作的介质层厚度0.6 μm的MLCC断面形貌.低温烧结有利于降低MLCC的制造成本.以银钯内电极MLCC为例，随着烧结温度的降低，将有利于降低银钯电极中钯金属的含量，从而大大降低MLCC的制造成本；而目前成本更低的铜内电极的使用，也是以1 000 ℃以下烧结介质瓷料的开发成功为前提的.目前最常见也是应用最多的烧结温度降低的方法是添加助烧剂如低熔点氧化物、玻璃等，但是助烧剂的大量加入，往往会带来瓷体晶粒异常长大及损耗、可靠性的恶化，并有可能导致烧结后的瓷体脆性增加强度降低.降低烧温另一方向是通过粉体颗粒尺寸的纳米化、配方体系的优化和工艺的改进等方式，提高电介质粉体材料的活性，达到降低烧温的目的，与前者相比，该方法得到的电介质陶瓷材料体晶粒更均匀、性能更优，当然技术难度也更大[3].图6展示了两种降低烧温方式得到的烧结晶粒均匀性对比.MLCC电介质陶瓷材料市场，常用的规格型号包括C0G,X5R,X7R,X8R,Y5V等(分类标准参考EIA-198-E)，表4展示了国内市场主流电介质陶瓷材料规格.2.3 微波介质陶瓷材料微波介质陶瓷是指应用于微波频段(300～300 GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷.是近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向，这主要是适应微波移动通讯的发展需求，制作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件，可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面.自上世纪80年代以来，一系列高性能微波介质陶瓷材料的出现，促进了小型化的微波介质谐振器、滤波器和振荡器的开发，加速了移动机的高性能和小型化进程.目前微波介质陶瓷材料与器件的研发生产水平欧美发达国家最高，日本在该领域的研究也已后来居上.微波介质陶瓷材料发展迅速，相应材料种类繁多，对应频段的典型材料如表5所示.微波介质陶瓷材料的发展呈现出高介电常数、高稳定性、高品质因数、高频率方向扩展的特点.随着移动通信领域由4G向5G网络的发展，对微波介质材料的谐振频率温度系数及品质因数提出了更高的要求，相应产品成为市场热点，表6展示了两款高Q值微波介质陶瓷产品.2.4 压电陶瓷材料压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料，具有机电耦合系数高、压电性能可调节性好、化学性质稳定、易于制备和成型、价格低廉等优点，被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域.目前所使用的压电陶瓷体系绝大部分是铅基压电陶瓷，锆钛酸铅材料(PZT)是当前性能较好、研究和应用最广泛的材料.在锆钛酸铅材料二元系配方Pb(Zr,Ti)O3的基础上加入第三元、第四元、第五元改性的压电陶瓷也被广泛应用于拾音器、微音器、滤波器、变压器、超声、受话器等领域[4].这些陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的含量约占原料总质量的70%，由于含铅化合物有毒、在高温时易挥发，在生产、使用及废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害.近几十年来，国内外企业和研究机构围绕BaTiO3基、钛酸铋钠 (BNT)基、铋层状结构及铌酸盐基等几大类无铅压电陶瓷进行了大量的研究和开发工作，取得了一定成绩[5]，表7展示了国内水热法BNT产品的基本压电特性.在日本，一些性能较好的无铅压电陶瓷已经面向市场销售，价格很高，但需求量很少.总体上讲，无铅压电陶瓷与铅基压电陶瓷相比，产业化性能上还存在较大差距.电介质陶瓷材料的发展，是为了满足电子元器件性能不断发展的需要.新型电介质陶瓷材料的发展方向主要体现在技术集成化、产品多样化、功能复合化、结构微型化、环境友好等几个方面[6].近十年来，借助于原材料、工艺、设备、配方技术的协同发展，我国电介质陶瓷材料无论在产量和技术方面均发展迅速，与世界先进水平的差距在逐步缩小.随着企业对新材料领域研发创新工作重视程度的不断加强，在国家加强基础理论研究和产学研联合等政策的引导下，相信我国电介质陶瓷材料未来仍然可以保持蓬勃发展的势头，在不久的将来达到并赶超世界先进水平.【相关文献】[1] 曲远方.现代陶瓷材料及技术[M].上海：华东理工大学出版社，2008.[2] 梁力平，赖永雄,李基森.片式叠层陶瓷电容器的制造与材料[M].广州：暨南大学出版社，2008.[3] 强亮生,李文旭，宋英，等.陶瓷添加剂[M].北京：化学工业出版社，2011.[4] 裴先茹,高海荣.压电材料的研究和应用现状[J].安徽化工，2010,36(3):4-6.[5] 赵亚，李全禄，王胜利，等.无铅压电陶瓷的研究与应用进展[J].硅酸盐通报，2010,29(3):616-621.[6] 甘国友，严继康，张小文，等.电子陶瓷材料的现状与展望[J].昆明理工大学学报，2004,29(4):28-33.。
先进陶瓷材料
BaTiO3结构
⑶ 压电陶瓷 当晶体受到外力作用产生变形时，其两端面出现正负
电荷，显示极化现象，反之，在晶体上施加电场引起 极化时，晶体产生变形，这种现象称作压电效应。 具有压电效应的陶瓷即压电陶瓷。利用压电效应可把 机械能转变为电能，或把电能转变为机械能。
压 电 效 应
目前常用的相变物质是四方相的氧化锆。
原则上讲，许多氧化物甚至非
氧化物陶瓷都可用氧化锆来增
韧。但实验结果表明，只有两
个系统效果最好，即氧化锆增
韧氧化铝和氧化锆增韧氧化锆,
后者又称部分稳定氧化锆(PSZ).
ZrO2韧化Al2O3的 组织(白色为ZrO2)
部分稳定氧化锆的导热率低(比Si3N4低4/5), 绝热性好; 热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，因而与
⑴ 导电陶瓷 一般氧化物陶瓷是不导电的，但如果把某些氧化物
加热，或者用其它的方法激发，使外层电子获得足 够的能量，足以克服原子核对它的吸引力而成为自 由电子，这种氧化物陶瓷就成为电子导体或半导体.
导电陶瓷
陶瓷加热器
⑵ 介电陶瓷 介电陶瓷主要用于制造电容器，要求具有电阻率高、
介电常数大、介质损耗小等特点。金红石(TiO2)、钛 酸钙瓷(CaTiO3)、钛酸镁瓷(2MgO-TiO2)、钛锶铋瓷 (Bi2O3nTiO2溶于SrTiO3的固溶体) 用于高频电容器。 钛酸钡(BaTiO3)用于铁电电容器、半导体电容器等。
先进陶瓷材料
国外发展现状状 国际上从20世纪60年代开始重视研究先进陶瓷材料，
结构陶瓷略早于功能陶瓷。 60～70年代伴随着陶瓷学研究的新进展，一大批具
有优良性能的结构和功能陶瓷材料被发现和合成。 80年代以陶瓷发动机为背景，各国竞相加大了对陶
高端专用陶瓷材料的研究进展和应用前景
高端专用陶瓷材料的研究进展和应用前景摘要：高端专用陶瓷材料具有优异的物理和化学性能，因此在各领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍高端专用陶瓷材料的研究进展和应用前景。
首先，我们将概述高端专用陶瓷材料的特点和分类；其次，我们将详细介绍高端专用陶瓷材料在电子、航空航天、能源与环境等领域的应用；最后，我们将展望高端专用陶瓷材料未来的发展趋势和应用前景。
一、高端专用陶瓷材料的特点和分类高端专用陶瓷材料是指具有优异性能和特殊功能的陶瓷材料。
相比于传统陶瓷材料，高端专用陶瓷材料具有以下特点：高强度和硬度、高热稳定性、抗腐蚀性强、低摩擦系数、良好的电绝缘性和耐磨性等。
根据其应用领域的不同，高端专用陶瓷材料主要分为结构陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷。
结构陶瓷主要包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷和碳化硅陶瓷等。
这些材料具有优异的机械性能和耐热性，广泛应用于航空航天、汽车制造、机械工程等领域。
功能陶瓷主要包括氧化钇陶瓷、氧化铈陶瓷和氧化锗陶瓷等。
这些材料具有良好的电、磁、光、声等功能，广泛应用于电子、光电、信息与通信技术等领域。
生物陶瓷主要包括生物玻璃陶瓷、氧化锆陶瓷和氧化铝陶瓷等。
这些材料具有良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于人工关节、人工牙齿、骨修复和组织工程等领域。
二、高端专用陶瓷材料在电子领域的应用高端专用陶瓷材料在电子领域有着广泛的应用。
以氧化铝陶瓷为例，其具有良好的绝缘性、耐高温性和热导率低的特点，因此被广泛应用于电子绝缘体、基板和封装材料等方面。
而氧化锆陶瓷具有优异的介电性能和热稳定性，因此在电子陶瓷电容器和陶瓷压电传感器等方面有着重要应用。
三、高端专用陶瓷材料在航空航天领域的应用高端专用陶瓷材料在航空航天领域也有着广泛的应用。
例如，碳化硅陶瓷在航空航天发动机喷嘴和燃烧室等高温环境中有着重要的作用。
氧化铝陶瓷也被应用于航天器的外壳和发动机的陶瓷涂层等方面。
这些材料能够在高温、高压和复杂的环境中表现出良好的耐热性、耐蚀性和机械性能。
陶瓷材料PPT课件
具有良好的生物相容性、力学性能和耐腐蚀性，用于人工关节、 牙齿等医疗器械。
陶瓷涂层
通过喷涂、浸渍等工艺在金属基体上形成陶瓷涂层，提高医疗器 械的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷生物传感器
利用陶瓷材料的压电、热电等效应，制作生物传感器，用于生物 体内生理参数的实时监测。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
生物医用陶瓷材料的研究 与应用
生物医用陶瓷材料在人体植入 、修复和替代等方面具有广阔 的应用前景，未来将继续研究 和开发具有更好生物相容性和 力学性能的生物医用陶瓷材料 。
环保型陶瓷材料的研究与 开发
随着环保意识的提高，未来将 继续研究和开发低污染、低能 耗、可回收利用的环保型陶瓷 材料。
感谢您的观看
多功能化与智能化
发展具有多种功能（如骨修复、药物缓释等）和智能化的生物医用 陶瓷材料。
复合陶瓷材料设计思路
增强增韧机制
通过引入第二相、晶须等 增强增韧元素，提高复合 陶瓷材料的力学性能。
多功能化设计
实现复合陶瓷材料的多功 能化，如力学、热学、电 学等性能的协同提升。
结构与性能调控
通过微观结构设计、界面 优化等手段，调控复合陶 瓷材料的性能。
原料处理
原料需经过破碎、筛分、除铁、陈腐等处理，以保证原料的粒度、纯度及均匀性 。
成型方法及设备简介
成型方法
陶瓷成型方法主要有压制成型、注浆成型、可塑成型等。
设备简介
成型设备包括压机、注浆机、真空练泥机等，可实现陶瓷坯 体的自动化、连续化生产。
烧结过程控制及优化
烧结温度与时间
烧结温度和时间直接影响陶瓷的 致密化程度和性能，需根据原料
分类
按照化学成分可分为氧化物陶瓷 、非氧化物陶瓷；按照程
材料讲堂：先进陶瓷材料(纯本人制作)(共43张PPT)
常见先进陶瓷的应用
先进陶瓷材料
碳化硅陶瓷
SiC陶瓷：除了具有优良的常温力学性能，还具有优良的高温力学性能。 SiC陶瓷是陶瓷材料中高温力学性能(强度、抗蠕变性等)最正确的。
先进陶瓷材料
激光切割机
激光打孔机
超声波打孔机
先进陶瓷材料
第三章 常见先进陶瓷的应用
光学石英玻璃
刚玉陶瓷
尖晶石透明陶瓷
常见先进陶瓷的应用
氧化铝陶瓷
❖ 热学：熔点很高，可作高级耐火材 料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验室使 用的刚玉磨球机。
❖ 光学：用高纯度的原料，使用先进工 艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可 制作高压钠灯的灯管。
生产率低
价格：31万欧元（￥260万）
陶瓷材料的制备工艺
➢ 3. 气氛烧结
✓ 对于空气中很难烧结的制品， 为防止其氧化等，研究了气氛 烧结方法。即在炉膛中通入一 定的气体〔惰性气体〕，在此 气氛下进行烧结。
✓ 如Si3N4、SiC等非氧化物，在高 温下易被氧化，因而需要在惰性 气体中进行烧结。
先进陶瓷材料
劳动强度大
不易自动化
电微学观的 变化—：—晶—稳粒—长定—大—，性气孔好减〔少。不易沉淀和分层〕
收缩形变大
脱模性好 高温轴承（1300℃）
注射成型：间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品。
即在炉膛中通入一定的气体〔惰性气体〕，在此气氛下进行烧结。
胚体烧结 是指把成型胚体转变为致密体的工艺过程。
光学：用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
先进陶瓷材料
先进陶瓷材料先进陶瓷材料是指具有优异性能和广泛应用前景的陶瓷材料，它们在材料科学领域发挥着重要作用。
与传统陶瓷材料相比，先进陶瓷材料具有更高的强度、硬度、耐磨性、耐高温性、化学稳定性和绝缘性。
它们被广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗器械、能源等领域，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。
先进陶瓷材料主要包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。
这些材料具有优异的高温性能和耐磨性，因此在航空航天领域得到广泛应用。
例如，氮化硅陶瓷被用作航空发动机零部件的高温结构材料，氧化锆陶瓷被用作航天器热结构材料，氧化铝陶瓷被用作航空航天器的绝缘材料。
在汽车制造领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
碳化硅陶瓷被用作汽车发动机零部件的高温结构材料，氧化铝陶瓷被用作汽车刹车片的耐磨材料，氮化硅陶瓷被用作汽车发动机气门的耐磨材料。
这些材料的应用大大提高了汽车的性能和可靠性。
在电子领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
氧化铝陶瓷被用作集成电路基板的绝缘材料，氮化硅陶瓷被用作电子封装材料，碳化硅陶瓷被用作电子散热材料。
这些材料的应用使电子产品具有更高的性能和可靠性。
在医疗器械领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
氧化锆陶瓷被用作人工关节的材料，氮化硅陶瓷被用作牙科修复材料，碳化硅陶瓷被用作医疗器械的耐磨材料。
这些材料的应用使医疗器械具有更好的生物相容性和耐用性。
在能源领域，先进陶瓷材料也发挥着重要作用。
氮化硅陶瓷被用作核能领域的结构材料，氧化铝陶瓷被用作火电厂的绝缘材料，碳化硅陶瓷被用作太阳能电池的基板材料。
这些材料的应用使能源设备具有更高的安全性和稳定性。
总的来说，先进陶瓷材料以其优异的性能和广泛的应用前景，成为推动现代科技和工业发展的重要材料之一。
随着科学技术的不断进步，先进陶瓷材料将会有更广泛的应用领域和更多的创新发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
先进陶瓷的制备与应用
先进陶瓷的制备与应用先进陶瓷是指具有优异性能和特殊功能的陶瓷材料，广泛应用于电子、光电、医疗、能源等领域。
本文将介绍先进陶瓷的制备方法以及在不同领域中的应用。
一、先进陶瓷的分类和特点先进陶瓷主要包括氧化物陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷等不同类型。
这些陶瓷材料具有硬度高、耐腐蚀、耐高温、绝缘性好等特点，是传统金属材料无法替代的重要材料。
二、先进陶瓷的制备方法1. 传统制备方法传统先进陶瓷制备方法包括干法成型、注模成型、静电纺丝成型等，通过高温烧结形成致密结构。
这些方法简单易行，但对原料要求高，能耗大，且制品形状较为受限。
2. 先进制备技术近年来，随着纳米技术和激光技术的发展，先进陶瓷的制备迎来了新的突破。
利用溶胶-凝胶法、等离子喷涂法、激光沉积成形等技术，可以制备出具有微纳米结构的先进陶瓷材料，提高了材料性能和加工精度。
三、先进陶瓷在电子领域中的应用由于先进陶瓷具有优良绝缘性能和导电性能，被广泛应用于电子器件的封装和绝缘部件制造。
如氮化硼陶瓷在功率电子器件中的应用，氧化铝陶瓷在集成电路封装中的应用等。
四、先进陶瓷在医疗领域中的应用先进陶瓷具有生物相容性好、耐腐蚀性强等特点，在人工关节、牙科种植、医学诊断设备等方面有广泛应用。
例如氧化锆陶瓷在种植体修复中的应用，碳化硅在人造关节制造中的应用等。
五、先进陶瓷在能源领域中的应用在能源领域，先进陶瓷被应用于储能设备、传感器器件、高温部件等方面。
氧化铝陶瓷在火电厂锅炉中的应用，碳化硅陶瓷在核反应堆结构材料中的应用等，都展现了其重要作用。
结语随着科技的不断发展和进步，先进陶瓷作为一种功能材料将会有更广阔的应用前景。
未来，随着人们对材料性能需求不断提升，先进陶瓷的制备方法也将不断更新完善，推动其在各个领域中的应用更加广泛深入。
CUMT-第7章 材料科学与工程新进展
SMCE
力学与建筑工程学院
7.1
材料科学领域发展前沿
软物质或称软凝聚态物质，是指处于固体和理想流体 之间的物质。一般由大分子或基团（固、液、气）组成， 如液晶、聚合物、胶体、膜、颗粒物质、生命体系等。 1991年诺贝尔奖获得者法国物理学家德热纳在授奖会上 以"软物质"概括复杂液体等物质，得到广泛认可。软物质 的基本特性是对外界微小作用的比较敏感和具有非线性响 应等。 我们正在研究的颗粒物质，在日常生活中司空见惯， 可涵盖各类分离态物质，如砂、石、泥土、矿物、粮食及 其他散态物质等。塌方、泥石流、雪崩及河流浮冰积堵等 自然灾害现象。乃致公路上车辆流动规律等均属于研究对 象。颗粒物质既类似固体，流动时又像液体、气体。但其 运动规律很复杂，目前远未认识清楚。因此颗粒物质被称 为一种新物质类型，成为近年活跃的研究领域。
SMCE
力学与建筑工程学院
7.2
几种主要建筑材料的新进展
但是，科研成果的实用化必须得到企业的协助，而 取得企业的合作就不那么简单了。大钢铁生产厂商和机 械、汽车制造商之间的贸易往往是排他性的，这种排他 性影响了新技术的实用化，而且技术越新，受影响程度 也就越大。在日本开发超级钢铁材料的同时，中国、韩 国及欧盟各国也争先恐后地进行开发工作，因此日本政 府十分担心“如果在开发阶段踏步不前，好不容易取得的 开发成果就难免被中国、韩国抢走”。面对这种局面，此 项目的领导机关—— 日本独立行政法人物资材料研究机 构考虑了一个方案。由主要的钢铁、机械、汽车生产厂 商组成一支实用化队伍。与此相对应，日本最高科技指 挥机关“综合科学技术会议”在2002年7月底也推出了“有效 促进产、学、研共同研究制度”。从这一制度中另拨出经 费，推动新钢铁材料的实用化。
先进陶瓷材料
功能陶瓷材料及其应用研究进展发布时间：2008-02-29 /多层压电变压器及其背光电源具有高功率密度、高转换效率、薄型化和低成本等特点。
基于缺陷化学原理和无晶粒长大的致密化烧结动力学，制备了亚微米/纳米晶钛酸钡基陶瓷及其薄层化*金属内电极mlcc。
研制了低烧铁氧体材料及其片式电感器。
介绍了压电陶瓷超声徽马达的结构与特性。
功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。
功能陶瓷材料种类繁多，用途广泛，主要包括铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各异的新型陶瓷材料。
它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工等现代高新技术领域的重要基础材料。
功能陶瓷及其新型电子元器件对信息产业的发展和综合国力的增强具有重要的战略意义。
电子信息技术的集成化和微型化的发展趋势，推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄型、多功能和高可*的方向发展。
功能陶瓷元器件多层化、片式化、集成化、模块化和多功能化以及高性能低成本是其发展的总趋势。
本文着重介绍部分功能陶瓷及其片式元器件应用研究的新进展。
1.铁电陶瓷及其高性能片式元器件多层片式陶瓷电容器(mlcc)是一种量大面广的重要电子元器件，广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。
大容量、薄层化、低成本、高可*等是mlcc发展的主要方向。
mlcc是陶瓷介质材料、相关辅助材料以及精细制备工艺相结合的高技术产品。
陶瓷介质材料是影响mlcc诸多性能的关键因素。
钛酸钡铁电陶瓷是mlcc 的主流材料。
它在居里点附近虽然有较高的介电常数，但其温度变化率也较大。
温度稳定型x7r mlcc是一种有广泛而重要用途的片式元件。
如何保证高介电常数与低容温变化率兼优是一个技术难题。
研究结果表明:通过添加物复合掺杂，控制烧结过程以形成化学成分不均匀的“芯(铁电相)-壳(顺电相)”结构，所制备的钛酸钡基x7r502 mlcc材料的室温介电常数可达5000左右，室温介电损耗小于1%，电阻率为1011ω?m。
介电陶瓷的应用
介电陶瓷的应用
介电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有优异的绝缘性能和介电性能，广泛应用于电子、通信、能源等领域。
本文将从几个方面介绍介电陶瓷的应用。
一、电子领域
1. 电容器：介电陶瓷可用于制造电容器，用于储存和释放电荷。
其高介电常数和低介质损耗使得电容器具有更高的电容值和更低的能量损耗。
2. 压电陶瓷：介电陶瓷在电场作用下会发生压电效应，即产生机械位移。
这一特性使得压电陶瓷在电声器件、传感器等领域有广泛应用。
二、通信领域
1. 介电滤波器：介电陶瓷可用于制造滤波器，用于在通信系统中去除杂散信号和噪声。
其高品质因子和稳定的介电特性使得滤波器具有更好的性能。
2. 表面声波器件：介电陶瓷常被用于制造表面声波器件，如延迟线、振荡器等，用于无线通信设备中的频率控制和信号处理。
三、能源领域
1. 热电陶瓷：介电陶瓷在温差作用下会产生热电效应，即将热能转化为电能。
这一特性使得热电陶瓷在能源回收和温度测量等领域有
广泛应用。
2. 电池隔膜：介电陶瓷可用于制造电池隔膜，用于阻止正负极之间的直接接触，防止短路和电解液的混合。
其高绝缘性和化学稳定性使得电池具有更好的安全性和性能。
四、其他应用领域
1. 陶瓷电阻器：介电陶瓷可用于制造电阻器，用于限制电流或分压。
其高绝缘性和稳定的电阻特性使得电阻器在电路中起到重要的作用。
无机非金属专业导论-先进陶瓷材料
电容器陶瓷 压电陶瓷 微波陶瓷 功能陶瓷铁电陶瓷 磁性陶瓷 先进陶瓷 敏感陶瓷 高温陶瓷 结构陶瓷 防辐射陶瓷
16
氧化铝陶瓷
氮化铝陶瓷
17
生
物
陶
瓷
18
多孔陶瓷
Early use of earthenware for useful article such as containers.
7000-6000 B.C. Lime mortar(石灰砂浆) used for filling spaces between stones in construction and also for making thick-walled containers.
35பைடு நூலகம்
Key Milestones in the Evolution of Ceramics Time Description of Milestone
7000-5000 B.C. Widespread use of earthenware for food storage and cooling
Widespread use of plaster-like cementitious 7000~5000 B.C. ceramics for in floor construction and as decorated interior wall coatings.
Potter’s wheel invented, making earthenware pottery available and affordable for just about everyone From early isolated examples of glass to well2500~1600 B.C. established craft. Variety of glaze developed in- cluded lead 1750~1150 B.C. glazes and colored glazes.
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金红石型晶体结构
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
b、CaSnO3、CaZrO3等以离子位移极化为主 T↑→n↓（距离↑）→ε↓ T↑→V↑（热膨胀）→（r++r-）↑ →αa（极化率）按（r++r-）3↑↑→ε↑↑
( > 0 )
钛酸锶铋也是利用SrTiO3钙钛矿型结构的内电场， 而加入钛酸铋等，使之产生锶离子空位，产生离子 松弛极化，从而使ε增大。
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
§7-2-5 含钛陶瓷的介质损耗
低温下高频电容器瓷的tgδ较小，但在一定的频率 下，当温度超过某一临界温度后，由离子松弛极 化和电子电导所引起的大量能量损耗，使材料的 介质损耗急剧地增大。
x1x2... xn 1
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
由以上法则，在生产实践中，可用具有不同εi、 αi材料通过改变浓度比来获得满足各种温度系数要 求的材料。 如：由αε>0 +αε<0的瓷料获得αε≈0的瓷料。
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
§7-2-4 产生高介电系数的原因
金红石型和钙钛矿型结构的陶瓷具有特殊的结构， 离子位移极化后，产生强大的局部内电场，并进一 步产生强烈的离子位移极化和电子位移极化，使得 作用在离子上的内电场得到显著加强，故ε大。
③、对I类瓷，介电系数的温度系数αε要系列化。对II类 瓷，则用ε随温度的变化率表示（非线性）。
I类瓷
1
d
dT
II类瓷
TC 25oC 25o C
§ 7-1 概述
④、体积电阻率ρv高（ρv>1012Ω·cm） 为保证高温时能有效工作，要求ρv高⑤、
抗电强度Ep要高 a、小型化，使Ε=V/d↑ b、陶瓷材料的分散性，即使Ε<Ep，可能
第七章 高介电容器瓷
§7.1 概述 §7.2 电容器瓷的介电特性 §7.3 高频电容器瓷的主要原料 §7.4 中高压陶瓷电容器瓷
§ 7-1 概述
1、对电容器瓷的一般要求：
①、介电系数大，以制造小体积、重量轻的陶瓷电容器， ε↑→电容器体积↓→整机体积、重量↓
②、介质损耗小，tgδ=（1~6）×10-7，保证回路的高Q 值。高介电容器瓷工作在电容器瓷的介电特性
μ
+ - + - + - +- + -
+
-
- + - + - +- + +
-
+ - + - + - +- + -
+
-
+ - + - + - +- + -
P
电介质的极化
极化强度:
P
i
V
NNEi
介电常数:
1 N Ei 0 E
与N,,Ei有 关 系 。
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
仍有击穿。
§ 7-1 概述
2、电容器瓷分类：
低介（ε<10，tgδ小） 装置瓷 （I高类频瓷）中介（ε=12~50 ，tgδ小）
高介（ε=60~200，tgδ小）
低频：高ε ，较大的tgδ （II类瓷）
强介陶瓷或称铁电陶瓷
III类瓷：超高ε 半导体陶瓷
§ 7-1 概述
Ⅰ类瓷是电容量随温度变化稳定度高的电容器瓷，主 要用于高频谐振回路中。Ⅰ类瓷主要以钛、锆、锡的 化合物及固溶体为主晶相。（主要用于：高频热稳定 电容器瓷，高频热补偿电容器瓷）
3 0： BaO•7TiO2
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
§7-2-2 值不同的原因
有正、负、零，取决于不同温度下质点的极化程
度，也决定于相应温度下单位体积的质点数。
a、 TiO2、CaTiO3 ( << 0) b、 CaSnO3、CaZrO3 ( > 0 )
c、 BaO·7TiO2 ( 0)
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
§7-2-1 高介电容器瓷的分类
按主晶相分
金红石瓷：TiO2 钛酸盐瓷：CaTiO3、SrTiO3、MgTiO3 锡酸盐瓷：CaSnO3、 SrSnO3 锆酸盐瓷：CaZrO3 铌铋锌系：ZnO－Bi2O3-Nb2O5
按ε的值分 温度每变化1℃时介电系数的相对变化率
< 0：TiO2、CaTiO3、SrTiO3 > 0：MgTiO3、CaSnO3、SrSnO3、CaZrO3
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
c、BaO·7TiO2
T n
T Ei
0
T (r r ) a
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
§7-2-3 ε的对数混合法则
ln x1ln 1x2ln 2
x1 1 x2 2
x1x2 1
对于n相系统：
lnx1ln1x2ln2.... xnlnn x11x22... xnn
离子晶体中主要是电子位移极化与离子位移极化。
E=0
E
2r
+
-+
原子核
电子
极化前
极化后
电子位移极化
e 40r3
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
-
+
E=0
-
+ E→
a
40(rr)3
n1
离子位移极化
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
a、TiO2、CaTiO3以电子位移极化为主
[TiO6]八面体，Ti7+高价、小半径→离 子位移极化→强大的局部内电场Ei
另外：①TiO2的二次再结晶，破坏晶粒的均匀度， 使材料的机械性能和介电性能恶化；② Ti7+→Ti3+→tgδ↑
§ 7-3 高频电容器瓷的主要原料
§ 7-3-1 热补偿电容器瓷 § 7-3-2 热稳定电容器瓷 § 7-3-3 温度系数系列化的电容器瓷
§ 7-3 高频电容器瓷的主要原料
§7-3-1 热补偿电容器瓷 定义：αε具有很大的负值，用来补偿振荡回路中电感 的正温度系数，以使回路的谐振频率保持稳定。 1、金红石瓷 ε：80~90，αε：-750~-850×10-6/℃ 2、钛酸钙瓷 ε：150~160 αε：-2300×10-6/℃( -60~120 ℃) - (1500~1600)×10-6/℃( +20~80 ℃)
Ⅱ类瓷以高介电常数为特征，为具有钙钛矿型结构的 铁电强介瓷料，如BaTiO3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3。（主要 用于：低频高介电容器瓷）
Ⅲ类瓷：半导体陶瓷
§ 7-2 电容器瓷的介电特性
§7-2-1 高介电容器瓷的分类 §7-2-2 值不同的原因 §7-2-3 ε的对数混合法则 §7-2-4 产生高介电系数的原因 §7-2-5 含钛陶瓷的介质损耗