(整理)第一章电子陶瓷制备工艺
信息功能陶瓷材料及应用 (1)
信息功能陶瓷材料及应用材料五班石海军信息材料－是为实现信息探测、传输、存储、显示和处理等功能而使用的材料。
〔信息就是用符号、信号或消息所包含的内容，来消除客观事物认识的不确定性。
〕信息材料包括：信息探测材料，信息传输材料，信息存储材料，信息处理材料。
信息探测材料：对电、磁、光、声、热辐射、压力变化或化学物质敏感的材料。
可用来制成传感器，用于各种探测系统，如电磁敏感材料、光敏材料、压电材料等。
信息传输材料：主要用于对电子信息的传输，如光纤、电缆等等。
信息存储材料：包括磁存储材料、光存储材料、磁光存储材料、相变存储材料、铁电介质存储材料、半导体动态存储材料等等。
信息处理材料：包括对各种电子信息的处理、加工以及转换，使其发挥相应功能的材料。
按材料种类分类：半导体信息材料，信息功能陶瓷材料，有机信息材料信息薄膜材料，等等.信息功能陶瓷材料〔陶瓷是以无机非金属矿物为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。
〕信息功能陶瓷的制备工艺：氧化物法/固相反应烧结法，湿化学法，复合法。
氧化物法/固相反应烧结法。
优点：工艺成熟、成本低廉，适合于批量化大生产。
缺点：材料成分容易偏析，性能难以精确控制。
1原料的选择与处理选择原料是非常重要的环节，因为原料的纯度、活性与结晶结构是影响产品性能的重要因素。
原料是直接参加固相反应并生成功能陶瓷的组成成分，从而从根本上决定着材料的性能。
不同产地的原料或即使是相同厂家的原料在纯度、活性、颗粒形状和粒径分布、杂质含量等方面差别很大，进而对陶瓷的性能产生较大的影响。
2计算、配料原料确定后，配方就是决定产品性能的关键了，选择不同的配方就意味着得到不同性能的材料。
具体的配方多数是在系统研究的成果和理论的定性指导下按照使用要求确定的。
3一次球磨球磨是影响产品质量的重要工序。
一次球磨得目的主要是混合均匀，以利于预烧时固相反应完全。
球磨中通过介质球与原料的撞击、碾压、摩擦将粉料磨细并混合均匀，粉料比表面积上升，自由能上升，从而使烧结时固相反应加快而且完全。
电子陶瓷材料生产加工项目实施方案
电子陶瓷材料生产加工项目实施方案规划设计/投资分析/实施方案电子陶瓷材料生产加工项目实施方案陶瓷插芯、光纤连接器是光通信器件连接的关键器件。
陶瓷插芯又称陶瓷插针，由二氧化锆烧制并经精密加工而成的陶瓷圆柱小管，是光纤连接器的核心部件。
陶瓷插芯主要用于光纤对接时的精确定位，1个光纤连接器需2个陶瓷插芯和1个套筒，其决定了连接器的插入损耗、回波损耗、重复性、互换性。
光纤陶瓷套筒主要与光纤陶瓷插芯配套使用。
光纤连接器又称跳线，主要用于光纤线路的连接、光发射机输出端口/光接收机输入端口与光纤之间的连接、光纤线路与其他光器件之间的连接等，是目前使用数量最多的光无源器件。
该电子陶瓷材料项目计划总投资18957.35万元，其中：固定资产投资15930.36万元，占项目总投资的84.03%；流动资金3026.99万元，占项目总投资的15.97%。
达产年营业收入24249.00万元，总成本费用18629.92万元，税金及附加320.83万元，利润总额5619.08万元，利税总额6714.96万元，税后净利润4214.31万元，达产年纳税总额2500.65万元；达产年投资利润率29.64%，投资利税率35.42%，投资回报率22.23%，全部投资回收期6.00年，提供就业职位431个。
坚持“社会效益、环境效益、经济效益共同发展”的原则。
注重发挥投资项目的经济效益、区域规模效益和环境保护效益协同发展，利用项目承办单位在项目产品方面的生产技术优势，使投资项目产品达到国际领先水平，实现产业结构优化，达到“高起点、高质量、节能降耗、增强竞争力”的目标，提高企业经济效益、社会效益和环境保护效益。
......先进陶瓷应用广泛、性能优异，2024年全球市场规模有望达1346亿美元，电子陶瓷是先进陶瓷的一个细分分支，一般是指在电子设备中作为安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电元件及器件的陶瓷材料，具体形式有电路基板、芯片封装外壳等，具体材质有氧化物、氮化物、碳化物以及硼化物等。
陶瓷材料陶瓷制备工艺
❖伊利石
▪ 外观：多呈不规则片状;颜色洁白，黄色，绿色及褐色;
▪ 特性：伊利石类可以看做是白云母风化过程中形成高岭石和
蒙脱石的中间产物，转变程度不同，所形成的矿物不同，矿物 组成变化较多。伊利石类矿物构成的粘土，一般可塑性低，干 后强度大，干燥烧成收缩小，烧结温度低，烧结范围窄。
3粘土
✓ 高岭石 因层间易形成氢键;晶
胞间联结紧密，水分子 不易进入，故膨胀性小; 同时伊利石晶格置换现 象少，高岭石几乎无晶 格置换现象，阳离子交 换容量低，也使粘土的 水化膨胀差。
3粘土
三种常见粘土矿物的主要特点
粘土 矿物
高岭 石
化学组成 Al2[Si2O5][OH]4
C-间距
晶层间 吸水膨胀
1石英
SiO2在陶瓷生产中的作用
▪ 烧成前;石英为瘠性料不吸水，可调 节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通 道，降低坯体的干燥收缩，增加生坯的 渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形； 利于施釉; ▪ 烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消 坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液 相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗 粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。
原材料吸水性
吸水后的流动性
产品外形对称
壁厚
大小
②坯料制备
▪ 大气孔：团粒间孔
②坯料制备
▪ 中气孔：团粒内团聚粉粒间孔
②坯料制备
• 小气孔：团聚粒内 一次粒子间的孔
• 微气孔：一次粒子 内的气孔
③成形
注浆成型
成型方法 可塑成型
压制成型 类比于粉
末冶金
类比于塑 性加工
PZT陶瓷制备
PZT陶瓷制备一、PZT陶瓷制备的工艺流程压电陶瓷生产的工艺流程（以传统固相烧结为例）为：配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试。
1、原料处理首先，根据化学反应式配料。
所用的原料大多数是金属氧化物，少数也可以是碳酸盐（预烧时可分解为氧化物）。
为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一般不超过2μm（平均直径）。
提高原料纯度有利于提高产品质量。
通常使用转动球磨机或震动球磨机进行原料混合及粉碎。
另外，在生产中往往还使用气流粉碎法，用高压气流的强力破碎作用，使粉料形成雾状，由于不用球石，可以避免杂质混入，且效率高。
2、预烧中的反应过程预烧过程一般需要经过四个阶段：线性膨胀（室温—400℃）固相反应（400—750℃）收缩（750—850℃）晶粒生长（800-900℃以上）在固相反应过程中，反应可分为四个区域，如图1[1]所示，分别对应于如下的化学过程：区域Ⅰ：未反应；区域Ⅱ：Pb+TiO2→PbTiO3；区域Ⅲ：PbTiO3+PbO+ZrO2→Pb(Zr1-x Ti x)O3；区域Ⅳ：Pb(Zr1-x Ti x)O3系统的反应区域+PbTiO3→Pb(Zr1-x’Ti x’)O3(x＜x’)。
图1 2PbO-TiO2-ZrO2系统的反应区域●—X射线测得点；○化学分析测得点，旁边数字代表已反应的PbO的百分数，烧结时间为零指刚到炉温的时刻；P—正交PbO；Z—单斜ZrO2；T—四方TiO2；PT—四方PbTiO3；PZT—Pb(Zr1-x Ti x)O3固定保温时间2h，改变预烧温度，随着温度的升高，在540℃左右，进入区域Ⅱ，形成PbTiO3；在650℃左右，进入区域Ⅲ，TiO2消失，Pb（Zr,Ti）O3形成；在710℃左右，进入区域Ⅳ，PbO和ZrO2消失；到1200℃时，PbTiO3消失，成为单相的Pb（Zr，Ti）O3。
陶瓷制备工艺
陶瓷制备工艺简介陶瓷制品的生产都要经过三个阶段：坯料制备、成型、烧结现就这三个部分做—介绍：1、坯料制备通过机械或物理或化学方法制备粉料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。
按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团。
2、成型将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。
3、烧结生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。
高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。
第一节粉体的制备粉体制备方法：1、粉碎法：机械粉碎，气流粉碎；杂质多，1卩m以上;2、合成法：固相法、液相法和气相法；纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒微细。
一、粉碎法：1、机械粉碎法：冲击式粉碎、球磨粉碎、行星式研磨、振动粉碎等。
1-动锥2-定锥3-破碎后的物料4-破碎腔1-电动机2-离合器操纵杆3-减速器4-摩擦离合器5-大齿圈6-筒身7-加料口8-端盖9-旋塞阀10-卸料管11-主轴头12-轴承座13-机座14-衬板；15-研磨2、气流粉碎法:(1) 固相法：通过从固相到固相的变化，来制造粉体1•烧结法：A(S)+B(S) - C(S)十 D(G)2•热分解反应基本形式(S 代表固相，G 代表气相):Sl -S2十G13•化合反应法：A(s)+B(s) - C(s)+D(g)4•氧化还原法或还原碳化、还原氮化女口： 3SQ2+6C+2N2 — Si3N4+6CO(2) 液相法：共同点是以均相溶液为出发点，通过各种方法使溶质 与溶剂分离，溶质形成一定大小和形状的颗粒，得到所需粉末的前躯 体，热解后得到粉体。
盐溶液—盐晶体或氢氧化物—粉末A. 化学共沉淀法B. 溶胶凝胶法扁平式气流粉碎机合成法: 管道式气流粉碎机C. 喷雾热分解法⑶气相法CVD方法原理及气象沉淀产物示意图第二节成型这里只讲普通日用陶瓷的成型工艺，高技术陶瓷成型工艺与它相差不大。
压电陶瓷的制备工艺
压电陶瓷的制备工艺压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，具有较高的压电效能和稳定的性能，在压电设备和传感器等领域有广泛应用。
下面将详细介绍压电陶瓷的制备工艺。
压电陶瓷制备工艺主要包括粉体制备、成型、烧结和后处理等步骤。
不同的压电陶瓷材料具有不同的制备工艺，下面将以铅锆钛酸钡（PZT）陶瓷为例进行介绍。
粉体制备是制备压电陶瓷的第一步，其目的是制备出具有良好压电性能的粉体。
一般来说，将过程原料中的铁氧体、碳酸钡、氧化钛和氧化铅等按一定比例混合，然后进行球磨或者其他研磨方法，使其成为微米级的均匀混合物。
成型是将粉体按照设计要求的形状和尺寸进行成型的过程。
常见的成型方法有压制和注射成型两种。
压制方法一般采用球形粉末和模具来制备成型，通过施加足够的压力使其形成所需形状。
注射成型是将粉料和有机胶进行混合，然后将该混合物注入到模具中，并通过脱模焙烧使其成型。
烧结是将成型后的陶瓷坯体加热到一定温度下，使其形成致密的陶瓷体的过程。
具体的烧结温度和时间需要根据不同的陶瓷材料来确定。
在烧结过程中，陶瓷体会发生晶粒长大和析出等变化，从而使其压电性能得到增强。
烧结后的陶瓷体需要进行后处理，主要是为了获得更好的性能。
常见的后处理方法包括水热处理、陶瓷体极化和金属电极附着等。
水热处理是将烧结后的陶瓷体放置在水中进行一定时间的处理，可以进一步提高其致密性和机械性能。
陶瓷体极化是将陶瓷体置于磁场中进行极化处理，通过改变材料的电极化方向来改善其压电性能。
金属电极附着是在陶瓷体上涂覆金属电极，以增加电极附近的压电效应。
除了以上步骤，压电陶瓷的制备还需要控制制备条件、优化配方和选择合适的烧结工艺等。
这些因素都会影响到压电陶瓷的性能和制备效果。
总结起来，压电陶瓷的制备工艺主要包括粉体制备、成型、烧结和后处理等步骤。
在制备过程中需要考虑到原材料的选择和比例、成型和烧结参数的控制以及后处理的优化等因素。
通过合理的制备工艺，可以获得具有良好压电性能和稳定性能的压电陶瓷材料。
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
电子封装用陶瓷基板材料及其制备工艺
泛。
陶瓷基片主要包括氧化铍(BeO)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)。
与其他陶瓷材料相比，Si3N4陶瓷基片具有很高的电绝缘性能和化学稳定性，热稳定性好，机械强度大，可用于制造高集成度大规模集成电路板。
几种陶瓷基片材料性能比较从结构与制造工艺而言，陶瓷基板又可分为HTCC、LTCC、TFC、DBC、DPC等。
高温共烧多层陶瓷基板(HTCC)HTCC，又称高温共烧多层陶瓷基板。
制备过程中先将陶瓷粉(Al2O3或AlN)加入有机黏结剂，混合均匀后成为膏状浆料，接着利用刮刀将浆料刮成片状，再通过干燥工艺使片状浆料形成生坯;然后依据各层的设计钻导通孔，采用丝网印刷金属浆料进行布线和填孔，最后将各生坯层叠加，置于高温炉(1600℃)中烧结而成。
此制备过程因为烧结温度较高，导致金属导体材料的选择受限(主要为熔点较高但导电性较差的钨、钼、锰等金属)，制作成本高，热导率一般在20~200W/(m·℃)。
低温共烧陶瓷基板(LTCC)LTCC，又称低温共烧陶瓷基板，其制备工艺与HTCC类似，只是在Al2O3粉中混入质量分数30%~50%的低熔点玻璃料，使烧结温度降低至850~900℃，因此可以采用导电率较好的金、银作为电极材料和布线材料。
因为LTCC采用丝网印刷技术制作金属线路，有可能因张网问题造成对位误差;而且多层陶瓷叠压烧结时还存在收缩比例差异问题，影响成品率。
为了提高LTCC导热性能，可在贴片区增加导热孔或导电孔，但成本增加。
厚膜陶瓷基板(TFC)相对于LTCC和HTCC，TFC为一种后烧陶瓷基板。
采用丝网印刷技术将金属浆料涂覆在陶瓷基片表面，经过干燥、高温烧结(700~800℃)后制备。
金属浆料一般由金属粉末、有机树脂和玻璃等组分。
经高温烧结，树脂粘合剂被燃烧掉，剩下的几乎都是纯金属，由于玻璃质粘合作用在陶瓷基板表面。
烧结后的金属层厚度为10~20μm，最小线宽为0.3mm。
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(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）。