敏感陶瓷
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1、电绝缘陶瓷 —— 主要用于电子设备中安装、固定、支 撑、保护、绝缘、隔离以及连接各种无线
电零件和器件。（高频绝缘子、插座、瓷
管基板、瓷环等）。
11
Al2O3 绝缘陶瓷是应用最广的，达 90% 以上，机械强度
高、绝缘性好、热导率小，耐腐蚀，——常用作电子 电路的基片。 BeO 陶瓷的优点是热导率高，高温下绝缘性好 —— 适 宜作散热片。 半导体元件和电路对材 料的要求：高性能、小体积 ；导热率大、密度高、容易 小型化。
• 铁电体的定义是指在某温度范围内具有自 发极化且极化强度可以因外电场而转向的 晶体。 • 铁电体的两个特点是：一是具有电滞回线， 另一个是具有许多电畴。因此凡具有电畴 和电滞回线的介电材料就称为铁电体。
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1、 电畴
ferroelectric domain
铁电体内永久偶极子自发极化成相同方向的小区域称 为电畴，～10μm；电畴与电畴之间的交界称为畴壁 两种：90°畴壁和180°畴壁
电 功 能 材 料
电导体功能材料
导电材料 快离子导体 电阻材料 超导电体
2
1．导电性
材料的导电性以其电导率来度量，表明材料
在电场中传递电荷的能力。载流子数目n、每个载
流子的电荷 q 以及载流子的迁移率 ，决定了材料
的电导率或电阻率。
1
qn
3
在材料中，产生电流的载流子有四种类型，即电子、空穴 、正离子和负离子。若载流子是电子或空穴，则材料的电导为 电子电导；若载流子是离子或空格点，则称为离子电导。 电子导电材料按其导电能力可分为四大类：
与传统陶瓷相比，功能陶瓷具备了一些特殊性能 ( 热、机械、化学、电磁、光)。 其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘 性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物
适应性等。
电 子 陶 瓷 磁 性 陶 瓷 敏 感 陶 瓷 超 导 陶 瓷
光 学 陶 瓷
生 物 陶 瓷
1
介电材料
电介质功能材料
铁电材料 压电材料 敏感电介质材料
9
11.2.2 介电陶瓷材料 不同材料及不同温度下的介电常数差别很大。 Al2O3 、 AIN 陶瓷的室温介电常数小于 10 ， BaTiO3
、 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 等铁电陶瓷的室温介电常数为
几百至几千，通过调整材料组成，甚至可达 10000~20000。 利用各种材料不同的介电常数及其温度特性， 就可以制作不同性能规格的电容器或其他元件。 应用分为两种：电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。
（1）超导体， 电阻率0，
（2）导体， 10 8 ~ 10 5 m ； ——金属及部分陶瓷和高 分子材料
104 ~ 107 m； （3）半导体，
（4）绝缘体， 10 7 ~ 10 20 m ， ——普通陶瓷与大部分高 分子材料 这四类材料除了电阻率的区别外，能带结构及导电机理也 不相同。 4
r D m / D0
相对介电常数总是大于1.0。因为在电场中， 材料内部的电子或正负离子发生了位移。
6
1
极化 polarization
在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或 者极性按电场方向转动的现象，称为电介质的极化。 单位面积的极化电荷量称为极化强度，它是一个矢 量，用P表示，其单位为C/m2。 2 自发极化 spontaneous polarization 在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的 有序排列而产生的极化，称为自发极化。 在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化电 荷量称为自发极化强度。 3 介电常数 dielectric constant 表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常 数，用ε表示，无量纲。
金属的电导率随温度的升高而降低，半导体、 绝缘体及离子材料的电导率则随温度升高而增大。
杂质原子使纯金属的电导率下降，这是由于溶质
原子在固溶体内造成不规则的势场变化，影响自由
电子的运动。
陶瓷材料中溶入杂质原子后，常常会使其导电性 能提高。适当形式的晶体缺陷，对改善陶瓷材料的 导电性有重要意义。
5
2．介电性
12
SiC、 BN 和 AlN（碳化硅、立方氮化硼和氮化铝）也 属于导热率高，散热快的材料。
SiC的晶体结构和金刚石相似，其中 部分硅代替了部分碳的位置。
这种结构强固、致密，机械强
ห้องสมุดไป่ตู้
度高，适宜用作电子线路的基板。
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2、电容器陶瓷
电容器的性能要求：耐较高电压，不易被击穿，介电常数高
——因此体积可以做得很小。 ，高频下可靠地工作。
• 什么叫电介质？ 电介质是电阻率高于108Ω· m的材料，能 耐较高电压而不被击穿。电介质是以极化方式传递电的物 质，主要是绝缘体，半导体纯硅、纯锗也属于电介质。 •若两电板间无任何物质，则每板上的电荷密度 D0与电场
E成比例。如果在两电板间有材料m（即称电介质），其
电荷密度可能由 D0 增到 Dm ，比率 Dm/D0 即为材料的相对 介电常数，即
7
电介质的4种极化
即材料中原子核外电子云畸变产生电荷重 心偏离的电子极化； 多晶陶瓷体内正、负离子沿电场做相对位 移造成的离子极化； 非对称结构的偶极子在外电场作用下转动 导致的偶极子趋向极化。 空间电荷在晶粒内和电畴中移动聚集在边 界和表面而产生的空间电荷极化。
8
按照其对称性，晶体32种点群，其中有20 种点群不具有中心对称，它们的电偶极矩 可因弹性形变而改变，因而具有压电性并 称为压电体。在压电体中具有唯一极轴 （又称为自发极化轴）的10种点群可出现自 发极化，即在无外电场存在的情况下也存 在电极化。它们因受热产生电荷，故称为 热释电体。在这些极性晶体中，因外加电 场作用而改变自发极化方向的晶体便是铁 电体。因此，凡是铁电体必然是热释电体， 而热释电体也必然是压电体，反之则不然。
电容器的介电材料：金红石（TiO2），钛酸酸钙（CaTiO3，加 少量ZrO2），钛酸镁（MgTiO3）——可用于高频。 2MgO· SiO2、Al2O3、BaTi4O9、(Zr，Sn，Ti)O2——可用于集 成电路基片、元件
介电常数达到105的电容器陶瓷，可以使电容器微
型化。
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11.2.3 铁电陶瓷材料
1、电绝缘陶瓷 —— 主要用于电子设备中安装、固定、支 撑、保护、绝缘、隔离以及连接各种无线
电零件和器件。（高频绝缘子、插座、瓷
管基板、瓷环等）。
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Al2O3 绝缘陶瓷是应用最广的，达 90% 以上，机械强度
高、绝缘性好、热导率小，耐腐蚀，——常用作电子 电路的基片。 BeO 陶瓷的优点是热导率高，高温下绝缘性好 —— 适 宜作散热片。 半导体元件和电路对材 料的要求：高性能、小体积 ；导热率大、密度高、容易 小型化。
• 铁电体的定义是指在某温度范围内具有自 发极化且极化强度可以因外电场而转向的 晶体。 • 铁电体的两个特点是：一是具有电滞回线， 另一个是具有许多电畴。因此凡具有电畴 和电滞回线的介电材料就称为铁电体。
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1、 电畴
ferroelectric domain
铁电体内永久偶极子自发极化成相同方向的小区域称 为电畴，～10μm；电畴与电畴之间的交界称为畴壁 两种：90°畴壁和180°畴壁
电 功 能 材 料
电导体功能材料
导电材料 快离子导体 电阻材料 超导电体
2
1．导电性
材料的导电性以其电导率来度量，表明材料
在电场中传递电荷的能力。载流子数目n、每个载
流子的电荷 q 以及载流子的迁移率 ，决定了材料
的电导率或电阻率。
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在材料中，产生电流的载流子有四种类型，即电子、空穴 、正离子和负离子。若载流子是电子或空穴，则材料的电导为 电子电导；若载流子是离子或空格点，则称为离子电导。 电子导电材料按其导电能力可分为四大类：
与传统陶瓷相比，功能陶瓷具备了一些特殊性能 ( 热、机械、化学、电磁、光)。 其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘 性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物
适应性等。
电 子 陶 瓷 磁 性 陶 瓷 敏 感 陶 瓷 超 导 陶 瓷
光 学 陶 瓷
生 物 陶 瓷
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介电材料
电介质功能材料
铁电材料 压电材料 敏感电介质材料
9
11.2.2 介电陶瓷材料 不同材料及不同温度下的介电常数差别很大。 Al2O3 、 AIN 陶瓷的室温介电常数小于 10 ， BaTiO3
、 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 等铁电陶瓷的室温介电常数为
几百至几千，通过调整材料组成，甚至可达 10000~20000。 利用各种材料不同的介电常数及其温度特性， 就可以制作不同性能规格的电容器或其他元件。 应用分为两种：电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。
（1）超导体， 电阻率0，
（2）导体， 10 8 ~ 10 5 m ； ——金属及部分陶瓷和高 分子材料
104 ~ 107 m； （3）半导体，
（4）绝缘体， 10 7 ~ 10 20 m ， ——普通陶瓷与大部分高 分子材料 这四类材料除了电阻率的区别外，能带结构及导电机理也 不相同。 4
r D m / D0
相对介电常数总是大于1.0。因为在电场中， 材料内部的电子或正负离子发生了位移。
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1
极化 polarization
在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或 者极性按电场方向转动的现象，称为电介质的极化。 单位面积的极化电荷量称为极化强度，它是一个矢 量，用P表示，其单位为C/m2。 2 自发极化 spontaneous polarization 在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的 有序排列而产生的极化，称为自发极化。 在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化电 荷量称为自发极化强度。 3 介电常数 dielectric constant 表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常 数，用ε表示，无量纲。
金属的电导率随温度的升高而降低，半导体、 绝缘体及离子材料的电导率则随温度升高而增大。
杂质原子使纯金属的电导率下降，这是由于溶质
原子在固溶体内造成不规则的势场变化，影响自由
电子的运动。
陶瓷材料中溶入杂质原子后，常常会使其导电性 能提高。适当形式的晶体缺陷，对改善陶瓷材料的 导电性有重要意义。
5
2．介电性
12
SiC、 BN 和 AlN（碳化硅、立方氮化硼和氮化铝）也 属于导热率高，散热快的材料。
SiC的晶体结构和金刚石相似，其中 部分硅代替了部分碳的位置。
这种结构强固、致密，机械强
ห้องสมุดไป่ตู้
度高，适宜用作电子线路的基板。
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2、电容器陶瓷
电容器的性能要求：耐较高电压，不易被击穿，介电常数高
——因此体积可以做得很小。 ，高频下可靠地工作。
• 什么叫电介质？ 电介质是电阻率高于108Ω· m的材料，能 耐较高电压而不被击穿。电介质是以极化方式传递电的物 质，主要是绝缘体，半导体纯硅、纯锗也属于电介质。 •若两电板间无任何物质，则每板上的电荷密度 D0与电场
E成比例。如果在两电板间有材料m（即称电介质），其
电荷密度可能由 D0 增到 Dm ，比率 Dm/D0 即为材料的相对 介电常数，即
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电介质的4种极化
即材料中原子核外电子云畸变产生电荷重 心偏离的电子极化； 多晶陶瓷体内正、负离子沿电场做相对位 移造成的离子极化； 非对称结构的偶极子在外电场作用下转动 导致的偶极子趋向极化。 空间电荷在晶粒内和电畴中移动聚集在边 界和表面而产生的空间电荷极化。
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按照其对称性，晶体32种点群，其中有20 种点群不具有中心对称，它们的电偶极矩 可因弹性形变而改变，因而具有压电性并 称为压电体。在压电体中具有唯一极轴 （又称为自发极化轴）的10种点群可出现自 发极化，即在无外电场存在的情况下也存 在电极化。它们因受热产生电荷，故称为 热释电体。在这些极性晶体中，因外加电 场作用而改变自发极化方向的晶体便是铁 电体。因此，凡是铁电体必然是热释电体， 而热释电体也必然是压电体，反之则不然。
电容器的介电材料：金红石（TiO2），钛酸酸钙（CaTiO3，加 少量ZrO2），钛酸镁（MgTiO3）——可用于高频。 2MgO· SiO2、Al2O3、BaTi4O9、(Zr，Sn，Ti)O2——可用于集 成电路基片、元件
介电常数达到105的电容器陶瓷，可以使电容器微
型化。
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11.2.3 铁电陶瓷材料