电子陶瓷工艺原理1-图文
电子材料工艺原理
(8)加强新型陶瓷精密加工的研究
6、新型陶瓷展望
信息、能源、材料被誉为当代科学的三大支柱，新型陶瓷作为 一种新材料，以其优异的性能在材料领域独树一帜，在未来社会中 将越益发挥显著作用 。展望未来，新型陶瓷材料将会在下面几个方 面获得进展和突破。 (1)气相凝聚法制备超微（纳米）粉体 (2)用微波加热代替传统烧结 (3)陶瓷脆性的致命弱点将得到改变 (4)纳米材料的应用 (5)智能陶瓷的发展源自引言当代三大固体材料
陶瓷材料 金属材料 有机高分子材料
现代科学的三大支柱
材料 能源
信息
1、新型陶瓷的概念
日本—精细陶瓷、精密陶瓷 美国—高级陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷 英国—技术陶瓷 我国—工业陶瓷、新型陶瓷，大多数国家统一称为新型陶瓷
新型陶瓷的定义：
采用人工精制的无机粉末为原料，通过结构上的设计，精确的化 学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处 理使之符合要求尺寸精度的无机非金属材料制品。
电子陶瓷（电子材料）工艺原理
电子陶瓷工艺原理现为电子科学与技术专业本科生必修的一门 专业技术课，主要研究电子陶瓷的组成、结构及制备工艺与其功能 之间的关系。
注意分清电子陶瓷与传统陶瓷在概念上的区别。陶瓷的概念已经 远远超过古老陶瓷的范畴。
何谓陶瓷：采用原料粉碎—浆料（泥料）制备—坯体成型—高 温烧结，这一工艺制备过程所制备的产品，称为陶瓷。
要求的电子陶瓷产品。
7、新型陶瓷的主要研究任务 (1)研究现有陶瓷性能及改良途径； (2)发掘原有材料的新性能； (3)探索和发展新材料及新应用； (4)研究制备材料的最佳工艺(本课程的主要内容)； (5)对烧结后制品的精加工技术进行研究。 参考书目：
(1)《电子陶瓷工艺基础》上海科技大学编 (2)《陶瓷工艺学》华南工学院、南京化工学院、武汉建材学院合编 (3)《特种陶瓷工艺学》李世普编 (4)《日用陶瓷工艺学》李家驹主编
电子陶瓷制备原理
优点：工艺简单，成本低，可 制备多种陶瓷材料。
缺点：烧结温度高，易产生气 孔，影响陶瓷性能。
应用：广泛应用于电子陶瓷、 生物陶瓷、光学陶瓷等领域。
水热法
原理：利用水热反 应，在高温高压下 合成电子陶瓷材料
优点：反应条件温 和，产物纯度高， 可控性好
缺点：反应时间较 长，设备要求高
应用：广泛应用于 制备各种电子陶瓷 材料，如氧化物、 氮化物、碳化物等
等
控制晶粒大小 的方法：调整 烧结工艺参数、 添加晶粒细化
剂等
晶粒大小的测 量方法：光学 显微镜、电子
显微镜等
电子陶瓷的晶界
晶界是电子陶瓷的重要组成部分，对电子陶瓷的性能具有重要影响。
晶界可以分为两类：低角度晶界和高角度晶界。
低角度晶界是电子陶瓷中常见的晶界，其角度较小，对电子陶瓷的性 能影响较小。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
色散：电子陶瓷的色散特性会影响 光的颜色和亮度
反射率：电子陶瓷的反射率与其表 面粗糙度和颜色有关，可以影响光 的反射效果
热学性能
热导率：电子陶瓷的热导率通常较高，有助于散热和热管理 热膨胀系数：电子陶瓷的热膨胀系数与金属、半导体等材料相近，有利于器件的集成和封装 热稳定性：电子陶瓷具有较高的热稳定性，能够在高温下保持其性能和结构 热电性能：电子陶瓷的热电性能可用于热电转换和热电制冷等应用
电容器
电子陶瓷在电 容器ห้องสมุดไป่ตู้的应用
电子陶瓷电容 器的分类
电子陶瓷电容 器的特点
电子陶瓷电容 器的应用领域
压电陶瓷
压电效应：机械应力产生电荷的现象 应用领域：传感器、驱动器、换能器等 制备方法：固相反应法、溶胶-凝胶法等 性能特点：高介电常数、低损耗、宽频带等
(整理)第一章电子陶瓷制备工艺
(整理)第一章电子陶瓷制备工艺
电子陶瓷制备工艺是指通过特定的方法和工艺流程将陶瓷材料
转化为用于电子元器件的陶瓷产品。
本章将介绍电子陶瓷制备的基
本工艺和相关的方法。
一、陶瓷材料选择
电子陶瓷制备的第一步是选择合适的陶瓷材料。
根据不同的电
子元器件和应用要求，可以选择不同种类的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
在选择陶瓷材料时，需要考虑材料的性能指标、加工难度及成本等因素。
二、陶瓷材料准备
在制备电子陶瓷前，需要对所选的陶瓷材料进行准备处理。
一
般包括原料的筛分、混合、分类等。
筛分是为了去除杂质，保证原
料的纯度；混合是为了获得均匀的成分分布；分类是根据不同的要
求将原料进行分级。
三、陶瓷成型
陶瓷材料准备好后，进入成型过程。
常用的陶瓷成型方法有压
制成型、注塑成型、注浆成型等。
通过不同的成型方法，可以制备
出各种形状的陶瓷产品，如片状、管状、块状等。
四、陶瓷烧结
成型后的陶瓷制品需要进行烧结过程。
烧结是指在一定温度下，使陶瓷材料颗粒间形成结合，并获得较高的机械强度和致密度的过程。
烧结温度和时间的选择根据具体的陶瓷材料和产品要求进行确定。
以上是电子陶瓷制备工艺的基本步骤。
除了这些基本工艺，还
有一些特殊工艺和方法，如表面处理、涂层制备等，可以根据具体
需要进行选择和应用。
参考资料：
[1] XXXXXX
[2] XXXXXX
[3] XXXXXX
...（参考文献列表）。
电子陶瓷-第一章详述
(b)润滑效应：是指由于助磨剂在粉粒表面的附着使 粉粒之间的作用力下降，摩擦力减小，流动性增 加。避免粗粒包裹于细粒之中，使研磨力缓冲分 散；
(c)劈裂效应：主要是指助磨剂在粉粒裂缝中附着后 的作用，撞击和碾压后，粉料出现裂缝，但应力 去除后，裂缝弥合。有助磨剂存在时，当裂口初 一张开，这种新生成的活性特别大的表面，对周 围媒质具有很大的极化和吸引力，故助磨剂将乘 虚而入，并支撑，梗塞于缝隙之内，使之不能再 度弥合，相当于打进一个“楔子”，使大量的应 力集中于裂口前端，下次撞击碾压作用时，有利 于裂口进一步扩展，助磨剂亦进一步挺进，使粉 料劈开，研磨效果提高。
5 结构缺陷与粉粒活化
结构缺陷定义：是指粉粒在结构上的不完整 性。 粉料加工、粉碎、煅烧过程中，受热的作用， 或外施机械力的撞击、碾压、剪切等，使原 来完整的晶格受到不同程度的破坏，因而体 内出现裂纹、位错。 缺陷能：固体中出现的裂纹、位错、偏离、 扭曲及无定形态，都是一种能量较高的介稳 状态，与正常晶格上质点相比，所高出的那 部分能量称为缺陷能。 经过活化的粉粒，将大大地有利于烧结过程， 有利于物质的扩散。
三、粉料粒度测定
1 等效粒径：实际颗粒形状复杂，设想粉粒置 于一外接四方盒之内，以，l , b，h表示长、 宽，高。
一轴平均等效粒径 (l b) / 2 二轴平均等效粒径 (l b h) / 3
外接矩形等效直径 bl
外接方盒等效直径 3 blh
立方面等效粒径 A/ 6
球面等效直径
A/
立方体等效直径 3 V
6 煅烧与粉料的活化
机械粉碎方法是提高粉料比表面是有效的， 但是很有限.
很难达到更细的粒度，Mg(OH )2 经过煅烧， 可以得到疏松多孔的粉料，可以获得纳 米级的粉料。
电子陶瓷工艺原理
TEM SEM
Xu H R, et.al., J Am Ceram Soc,
2003, 86: 203-205
23
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
水热法： 示例: 不同形貌纳米晶合成
200nm
羟基磷灰石纳米棒
100nm
La0.5Sr0.5MnO3纳米线
24
习题 2
1 天然原料石英的结构特点？ 2 简述行星球磨机的原理？ 3 名词解释：共沉淀法，溶胶－凝胶法，水热法 4 计算题：
工艺简单，成本低廉
缺点：
① 由于固相反应在粒子界 面上进行，常出现反应不完全 和成分不均匀的情况；
② 固相掺杂很难均匀一致， 尤其微量掺杂，不可能达到 完全均匀。
固相煅烧合成陶瓷粉体
5
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
冷冻干燥法： 将金属盐水溶液滴入或喷入冷冻剂（低温有机或无机 液体，如，干冰和丙酮的冷冻槽－94.3 ℃）中，使液滴 瞬时冷冻结冰，然后在低温低压条件下干燥，使冰升华 脱水，得到疏松的、保持液滴形状的盐粒子，将其加热 分解可制得均匀的复合氧化物微粉。
共沉淀装置
10
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
熔盐法：
将反应物与熔盐（KCl, NaCl等）按照一定的比例配置，混 合均匀后加热使之熔化，反应物在熔盐体系下进行反应生成产 物，冷却至室温后，以去离子水清洗除掉熔盐得到纯净的反应 产物。 原理：熔盐起熔剂和反应介质作用，反应成分在液相中以离子 形式存在，流动性强，扩散速率显著提高。 优点：方法简单，合成温度较固相法低 缺点：熔盐较难洗净
热分析仪
TG-DSC
16
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
溶胶－凝胶法： 示例1: (K0.5Bi0.5)TiO3铁电陶瓷粉体合成
《电子陶瓷》课件
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(电子材料)工艺原理
1. 铁电材料的铁电性 例如，锆钛酸铅铁电材料 Pb(ZrXTi1—X)O3 简称 PZT 具有自发极化， 自发极化在交变外电场的激励下可随着电场而转向，表现出电滞回线。 铁电材料的铁电性表征便是电滞回线，一种材料是否具有铁电性就看 它是否具有电滞回线，由电滞回线可以获得三个典型的参数即 Pr 、 Ec 和Ps(饱和自发极化)。
引
言
陶瓷材料
当代三大固体材料
金属材料 有机高分子材料 材料
现代科学的三大支柱
能源
信息
1、新型陶瓷的概念
日本—精细陶瓷、精密陶瓷 美国—高级陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷 英国—技术陶瓷 我国—工业陶瓷、新型陶瓷，大多数国家统一称为新型陶瓷
新型陶瓷的定义： 采用人工精制的无机粉末为原料，通过结构上的设计，精确的化 学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处 理使之符合要求尺寸精度的无机非金属材料制品。 2、新型陶瓷与传统陶瓷的区别 区 别 传统陶瓷 新型陶瓷 原材料 天然矿物原料 人工精制合成原料
第一节 电子瓷原料 一、原料分类 天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿） 电子瓷原料 人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料）
化学试剂(化工原料)： 电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。
工业纯（IR） Industrial Reagent 98.0%
化学纯（CP）
分析纯（AR） 光谱纯（GR） 电子级原料
成 型
可塑、注浆、挤压
干压、等静压、挤压、轧膜、 流延、热压铸
结构陶瓷需很高温度烧结 温度在1350℃以下，燃料以煤、 烧 成 (1600℃)，功能陶瓷需精确的 油、气为主。 控制温度，燃料以电为主。 加 工 一般不需加工 切割、打孔、研磨、抛光等
《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）。
整理ppt
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
整理ppt
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
整理ppt
9
粉料颗粒尺寸：
整理ppt
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。
整理ppt
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。
整理ppt
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
整理ppt
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子陶瓷
第三章电子陶瓷工艺原理
1
第三章电子陶瓷工艺原理
一电子陶瓷工艺概述
二电子陶瓷原料与粉碎
三电子瓷料合成原理
四电子陶瓷成型原理
五电子陶瓷烧结原理
六电子陶瓷表面加工
2
一电子陶瓷工艺概述
1 电子陶瓷基本工艺:
通常,从性能的改进来改善陶瓷材料的功能,需要从两方面入手：①内部组成:从材料的组成上直接调节，优化其内在品质②外界条件:改变工艺条件以改善和提高陶瓷材料性能，达到获得优质电子陶瓷材料的目的。
电子陶瓷基本工艺一般包括如下过程:
原料处理和加工、电子瓷料合成、成型、烧结、表面加工等基本单元操作。
3
(a(b (ｃ（d(e
(g
(f
(h
一电子陶瓷工艺概述
2 电子陶瓷工业化流程：造粒与成型
喷雾造粒干压成型
6
一电子陶瓷工艺概述
2电子陶瓷工业化流程：
烧结与表面金属化
陶瓷烧结印刷电极
７
一电子陶瓷工艺概述
2 电子陶瓷工业化流程:
测试与包装
测试分选编带包装
8
二电子陶瓷原料与粉碎
1 电子陶瓷原料
2原料粒度与粉碎
3球磨法原理
9
二电子陶瓷原料与粉碎
1 电子陶瓷原料
原料对电子陶瓷的性能至关重要,对于电子陶瓷的粉料,必须了解下列三方面情况:
¾化学成分
包括纯度、杂质的种类与含量、化学计量比
¾颗粒度
包括粉粒直径、粒度分布与颗粒外形等
¾结构
包括结晶形态、稳定度、裂纹与多孔性等
10
二电子陶瓷原料与粉碎
1 电子陶瓷原料
原料的化学成分，直接关系到电子陶瓷的各项物
理性能是否能够得到保证，而颗粒度与结构主要决定
坯体的密度及其可成型性。
粒度越细,结构越不完整,则其活性(不稳定性、可烧结性越大,越有利于烧结的进行。
电子陶瓷原料有天然原料和化工原料两类。
1１
二电子陶瓷原料与粉碎
1 电子陶瓷原料
¾天然原料：
直接来源于大自然,如粘土,石英,菱镁矿,刚玉矿等。
特点是含杂质较多,但价格便宜。
只要产品性能符合相应的标准和使用要求,生产中往往挑选和使用纯度尽可能高的天然原料,以降低生产成本。
1２
二电子陶瓷原料与粉碎
１电子陶瓷原料
¾天然原料:
粘土是自然界中存在的松散的、膏状、多种微细矿物的混合体，其主要成份是含水的铝硅酸盐矿物
O3·y ＳｉO2·zＨ2O。
(化学组成:xAl
2
粘土具有良好的可塑性和粘合性,加水后成为软泥,能进行塑性成型,烧后又变得致密坚硬。
Ｆｅ２O３、TｉO2等是粘土类原料中的有害杂质,使坯体在烧成时产生熔洞、斑点等缺陷,同时影响瓷体的电绝缘性。
1３
二电子陶瓷原料与粉碎
1电子陶瓷原料
¾天然原料:
矿物,存在的形态很石英是一种结晶状的SiO
2
多,有水晶、玛瑙、石英岩(石英多晶体等。
]互相以顶点连接而成的三维空间石英是由[SiO
4
架状结构。
由于以共价键连接,结构紧密,空隙小,其它离子不易侵入网穴中，因而硬度与强度高，熔融温度也高。
石英在陶瓷制备中起着骨架作用、提高陶瓷的机械强度,绝缘性能及化学稳定性,抗腐蚀性等。
14
15二电子陶瓷原料与粉碎1电子陶瓷原料
¾化工原料:
化学方法提炼,提纯而得,由专业厂家完成,有多等级，标明含杂量,是电子陶瓷生产中最常用的原料。
如:氧化物TｉO ２、ＺrO 2、PbＯ、Aｌ 2O３等氢氧化物Mg(OH2、NaOH 等
盐CａＣO 3、ＢaTiO 3、Mn(NＯ 32等
杂质并非都有害,有的能与主成分形成低共熔物促进烧结；有的能作为离子补偿提高电学性能特点是纯度和物理特性可控。
二电子陶瓷原料与粉碎
２原料粒度与粉碎
¾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。
例如,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。
此外,粒度越细，烧结温度越低。
１6
17
二电子陶瓷原料与粉碎
¾
粒度与形貌评价:
粒度分析仪电子显微镜
二电子陶瓷原料与粉碎
２原料粒度与粉碎
¾粉碎：
机械能转换为表面能的能量转化过程,即粉碎机械的动能或所做的机械功，通过粉料之间的撞击、碾压、摩擦,将粉料砸碎、破裂或磨去棱角等，使粉碎的比表面增加,因而表面自由能增加。
几种典型的粉碎技术:
球磨、振动磨、搅拌磨、砂磨、胶体磨、气流磨
１８
二电子陶瓷原料与粉碎
３球磨法原理
¾球磨机:
影响球磨效率的因素：
①球磨机的转速低于临界转速
②球磨机装载量一般装载量占磨罐容积的70%~80%
③大小球配比、磨球形状、硬度及质量
④料、球、溶剂(水或乙醇等之比
⑤球磨时间的选择
20
二电子陶瓷原料与粉碎
３球磨法原理
¾行星磨机:
行星磨机是球磨机的一种,也称微粒球磨机。
行星磨机采用四只相同重量的球磨罐,置于同一旋转的圆盘上,使球磨罐“公转”,同时各个球磨罐又绕自身轴线“自转”。
当公转速度足够大时,离心力大大超过地心引力，自转角速度也相应提高，磨球不置于贴附罐壁不动,从而克服了旧式球磨机之临界转速的限制,大大提高球磨效率。
2１
二电子陶瓷原料与粉碎
3球磨法原理
¾高能球磨机(机械合金化：
ａ晶粒细化:
粉末在碰撞中反复破碎和焊合,缺陷密度增加,很快使颗粒细化至纳米级,产生晶格缺陷、晶格畸变，并具有一定程度的无定形化。
表面化学键断裂而产生不饱和键、自由离子和电子等原因,使矿物晶体内能增高，导致物质反应的平衡常数和反应速度常数显著增大。
23
二电子陶瓷原料与粉碎
3 球磨法原理
¾高能球磨机(机械合金化:
b局部碰撞点升温:
虽然磨罐内温度一般不超过７０℃,但局部碰撞点的
温度要大大高于70℃,这样的温度将引起纳米尺寸的
化学反应。
在碰撞点处，产生极高的碰撞力,有助于
晶体缺陷扩散和原子的重排。
2４
252５０o C-hyｄroｔherm 750o C－calcｉｎg
惰性气体保护球磨系
统
高能球磨机设备
示例 ¾高能球磨机研究实例 -PMN-PＴ纳米粉体合成２5０oC-hyｄｒｏtherm 750ｏC-calcｉnｇ Jｏhn Wａｎg,et.ａl.，Ａdｖanｃｅｄ Matｅｒialｓ, 1999，１1(3:２10-21326
材料楼 228 2７。