介质陶瓷PPT课件
合集下载
陶瓷PPT
Ln
La
εr
106.5
Q·/GHz f
1161 6611 10010 10549
Τf/PPm•℃﹣1 +297 +150 +47 -12.9
x
Pr Nd
92
78 81
2/3
Sm
二 BLT系微波介质陶瓷的主要性能参数
介电常数εr 是表征微 观极化能 力的宏观量
谐振频率温度 系数τf表征的 是某一种谐振 模式下谐振频 率的温度特性
3
近年来湿化学法作为一种先进的制备方法 已经广泛应用于微波介质陶瓷的制备中,但 制备过程中工艺还不是很成熟
展望
1
从结构出发证明离子取代的具体位置,研究 结构和性能的关系,为新型微波介质陶瓷的 研究开发提供理论指导。 进一步提高介电常数。虽然BLT 系微波介质陶 瓷的介电常数已经很大,但是介电常数的提高将进 一步促进器件的小型化, 提高介电常数仍是目 前研究的主要方向之一。
BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质 陶瓷的研究进展
学生：刘欢 学号：11S025028
LOGO
目录
1
2 3
微波介质陶瓷简介
BLT系陶瓷的主要性参数及影响因素 BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质陶瓷的改性研究
4
存在的问题及展望
一 微波介质陶瓷
1.定义 微波介质陶瓷（MWDC）是指应用于微波频段（ 主要是UHF、SHF频段）电路中作为介质材料并 完成一种或多种功能的陶瓷，它是制造微波介质 滤波器、谐振器、介质天线及介质波导的关键材 料。 2. 分类 微波介质陶瓷包括钙钛矿、类钙钛矿、复合钙钛 矿、钛铁矿以及其它的体系, 其中具有钨青铜结 构的类钙钛矿BLT具有高的介电常数,品质因数高 、谐振频率温度系数近零,因而被广泛研究并应用 于实际的生产中。
功能陶瓷-电介质陶瓷和绝缘陶瓷-中介-微波介质陶瓷概要PPT课件
(VHF)， 厘米波段： λ =10cm-1cm，f=3GHz-30GHz，超高频段
(SHF)； 毫米波段： λ =1cm-1mm，f=30GHz-300GHz，极高频
段(EHF) 亚毫米波段： λ =1mm-0.1mm，f=300GHz-3000GHz，
极超高频段(SEHF)。
3
1.4.5 微波介质陶瓷 (Microwave dielectric ceramics)
10
1.4.5 微波介质陶瓷
微波陶瓷的介电性能
介质谐振器的典型工作模式
由于微波陶瓷介质工作在微波频率下，介质材料的主要 特性参数(εr 、tgδ、 τf)具有某些特殊要求。对εr而言，由 于时间常数大的电极化形式在微波条件下来不及产生， 而电子位移式极化在介电常数中所占比例极小，所以起 主要作用的是金属离子位移式极化。
tan
r1 r2
r2
Q f
f
2
2 r
常数
tan
εγ1、εγ2、ωγ、γ、ω代表有功介电常数、无功介电常数、 材料固有角频率rad/s、衰减因子、频率为f时的角频率。
可以看出，在微波频率下，介电材料的介质损耗tanδ正 比于ω的增大而增大，材料的品质因数Q则随着频率f的
增加而减小。但是对于同一材料来说Q×f乘积值是基本 保持不变，因此，在微波频段下，可以采用Q×f来表征
4
分米波 VHF
厘米波 SHF
毫米波 亚毫米 EHF SEHF
Frequency bands covered by the various wireless technologies (*includes ‘Bluetooth’; Harald Blatand (Bluetooth) was a famous King of Denmark c.960 who is known for encouraging communication between people).
(SHF)； 毫米波段： λ =1cm-1mm，f=30GHz-300GHz，极高频
段(EHF) 亚毫米波段： λ =1mm-0.1mm，f=300GHz-3000GHz，
极超高频段(SEHF)。
3
1.4.5 微波介质陶瓷 (Microwave dielectric ceramics)
10
1.4.5 微波介质陶瓷
微波陶瓷的介电性能
介质谐振器的典型工作模式
由于微波陶瓷介质工作在微波频率下，介质材料的主要 特性参数(εr 、tgδ、 τf)具有某些特殊要求。对εr而言，由 于时间常数大的电极化形式在微波条件下来不及产生， 而电子位移式极化在介电常数中所占比例极小，所以起 主要作用的是金属离子位移式极化。
tan
r1 r2
r2
Q f
f
2
2 r
常数
tan
εγ1、εγ2、ωγ、γ、ω代表有功介电常数、无功介电常数、 材料固有角频率rad/s、衰减因子、频率为f时的角频率。
可以看出，在微波频率下，介电材料的介质损耗tanδ正 比于ω的增大而增大，材料的品质因数Q则随着频率f的
增加而减小。但是对于同一材料来说Q×f乘积值是基本 保持不变，因此，在微波频段下，可以采用Q×f来表征
4
分米波 VHF
厘米波 SHF
毫米波 亚毫米 EHF SEHF
Frequency bands covered by the various wireless technologies (*includes ‘Bluetooth’; Harald Blatand (Bluetooth) was a famous King of Denmark c.960 who is known for encouraging communication between people).
关于陶瓷ppt课件
技术创新
中世纪陶瓷在技术上不断创新，出 现了如骨灰瓷、珐琅瓷等新品种。
现代陶瓷
工艺发展
文化交流
现代陶瓷工艺更加注重材料的选择和 加工技术的创新，如使用新型陶瓷材 料和3D打印技术。
现代陶瓷成为不同文化交流的桥梁， 各国艺术家相互借鉴和学习，推动陶 瓷艺术的国际交流与合作。
艺术表现
现代陶瓷艺术家通过作品表达个人情 感和观念，呈现出更加多样化的艺术 风格。
成型工艺
可塑成型
利用粘土的可塑性，通过手工或 模具成型为所需形状。
注浆成型
将泥浆注入石膏模具中，待泥浆 凝固后脱模得到坯体。
压制成型
利用压力将泥料压入模具中，脱 模后得到坯体。
烧成工艺
排湿与烧成温度
在烧成过程中，控制烧成温度和时间，使坯体中 的水分充分排出。
气氛控制
根据陶瓷种类和烧成要求，控制烧成气氛，如氧 化气氛、还原气氛等。
高温陶瓷的制作工艺包括配料、成型、烧 制等步骤，需要严格的操作和精细的技艺 。
04
陶瓷的制造工艺
原料制备
原料选择
选择合适的粘土、石英、 长石等原料，根据产品要 求进行配比。
原料加工
将原料进行破碎、混合、 除铁、陈腐等加工，确保 原料的纯净度和均匀性。
球磨与过筛
将加工后的原料放入球磨 机中研磨，并过筛去除杂 质，得到细腻的泥浆。
目的和目标
目的
通过本次PPT课件的学习，使观众对 陶瓷有更深入的了解，包括其历史、 制作工艺、应用领域等方面的知识。
目标
培养观众对陶瓷文化的兴趣，提高对 陶瓷艺术的鉴赏能力，同时为相关行 业人员提供学习和交流的平台。
02
陶瓷的历史
古代陶瓷
01
中世纪陶瓷在技术上不断创新，出 现了如骨灰瓷、珐琅瓷等新品种。
现代陶瓷
工艺发展
文化交流
现代陶瓷工艺更加注重材料的选择和 加工技术的创新，如使用新型陶瓷材 料和3D打印技术。
现代陶瓷成为不同文化交流的桥梁， 各国艺术家相互借鉴和学习，推动陶 瓷艺术的国际交流与合作。
艺术表现
现代陶瓷艺术家通过作品表达个人情 感和观念，呈现出更加多样化的艺术 风格。
成型工艺
可塑成型
利用粘土的可塑性，通过手工或 模具成型为所需形状。
注浆成型
将泥浆注入石膏模具中，待泥浆 凝固后脱模得到坯体。
压制成型
利用压力将泥料压入模具中，脱 模后得到坯体。
烧成工艺
排湿与烧成温度
在烧成过程中，控制烧成温度和时间，使坯体中 的水分充分排出。
气氛控制
根据陶瓷种类和烧成要求，控制烧成气氛，如氧 化气氛、还原气氛等。
高温陶瓷的制作工艺包括配料、成型、烧 制等步骤，需要严格的操作和精细的技艺 。
04
陶瓷的制造工艺
原料制备
原料选择
选择合适的粘土、石英、 长石等原料，根据产品要 求进行配比。
原料加工
将原料进行破碎、混合、 除铁、陈腐等加工，确保 原料的纯净度和均匀性。
球磨与过筛
将加工后的原料放入球磨 机中研磨，并过筛去除杂 质，得到细腻的泥浆。
目的和目标
目的
通过本次PPT课件的学习，使观众对 陶瓷有更深入的了解，包括其历史、 制作工艺、应用领域等方面的知识。
目标
培养观众对陶瓷文化的兴趣，提高对 陶瓷艺术的鉴赏能力，同时为相关行 业人员提供学习和交流的平台。
02
陶瓷的历史
古代陶瓷
01
片式叠层陶瓷电容器MLCCPPT课件
企业在BME制造技术的垄断。同时，风华、宇阳
及三环这三家国内元器件企业也相继完成了BME
技术的改造和产业化，成为MLCC主流产品本地化
制造供应源。
.
6
MLCC的结构
Cu/Ag引出层，N. i热阻挡层，Sn可焊层
7
MLCC剖面的SEM
.
8
MLCC的分类-按温度特性分类
第Ⅰ类: 温度补偿型固定电容器，包括通 用型高频CG、CH电容器和温度补偿型 高频HG、LG、PH、RH、SH、TH、 UJ、SL电容器;
9
美国电子工业协会对电容温度特性的 规定（ EIA RS-198D标准）
第一号 X
Y
Z
-55 -30 +10
第二号 2
4
5
6
7
+45 +65 +85 +105 +125
EI
A 第三号
E
F
P
R
T
U
V
±4.7 %
±7.5%
±10%
±15 %
+22- +22- +2233% 56% 82%
1～ 2为工作温度范围，3为容量变化率。如X7R表示为当 温度在-55℃～ +125℃时其容量变 化为15%
.
10
国标与EIA标准
如美国EIA标准的Y5V瓷料、Z5U瓷料 、 X7R瓷料电容器瓷料分别对应国标 GB/T5596-1996标准的2F4瓷料、2E4瓷 料、 ZX1瓷料，其Tc值分别对应： +22%～-82%、+22%～-56%、±15%， 这是目前在低频MLCC领域使用最为广 泛的三种低频温度特性类别电容器瓷料。
电介质陶瓷-PPT文档资料
转向计划
－ + － + －
+ － －
－ +
+ －
－ +
+ －
+ － － +
－ + － +
－ + －
平行板电容器两极板间充满电介质时，电容器的电容为：
q S C r 0 U U d A B
S C0 0 d
可见，平行板电容器的电容只与自身的几何尺寸与电介质材料有关。 由此比较可得，平行板电容器两极板间没有电介质和充满 电介质时，电场与电场、电容与电容之间的关系为：
电介质陶瓷
一、相关概念
• • • • 电介质在电场下的极化 介电常数 介电常数的温度系数 介质损耗
+ E0 + + ＇ + + E + + E 0 内
+
E0
＇ E E E 0 0 内
导体内电场强度 外电场强度
感应电荷电场强度
静电平衡：当导体中的电荷不动，从而使导体内部电场分 布不随时间变化，则称此时的导体达到了静电平衡。
E
E E E 0
E0
+ pi + E0 σ ´ ΔS + P l +
电子极化
3 4 r e 0
＋
＋
R为原子半径
电介质极化
离子极化
正负离子发生相对位移产生 电偶极聚 的2－5倍
有永久偶极矩，通过转向与电场 取向一致
－ + 极化 － + －
i 一般为 e
当两极间充满相对介电常数为 r 的电介质时的电容：
－ + － + －
+ － －
－ +
+ －
－ +
+ －
+ － － +
－ + － +
－ + －
平行板电容器两极板间充满电介质时，电容器的电容为：
q S C r 0 U U d A B
S C0 0 d
可见，平行板电容器的电容只与自身的几何尺寸与电介质材料有关。 由此比较可得，平行板电容器两极板间没有电介质和充满 电介质时，电场与电场、电容与电容之间的关系为：
电介质陶瓷
一、相关概念
• • • • 电介质在电场下的极化 介电常数 介电常数的温度系数 介质损耗
+ E0 + + ＇ + + E + + E 0 内
+
E0
＇ E E E 0 0 内
导体内电场强度 外电场强度
感应电荷电场强度
静电平衡：当导体中的电荷不动，从而使导体内部电场分 布不随时间变化，则称此时的导体达到了静电平衡。
E
E E E 0
E0
+ pi + E0 σ ´ ΔS + P l +
电子极化
3 4 r e 0
＋
＋
R为原子半径
电介质极化
离子极化
正负离子发生相对位移产生 电偶极聚 的2－5倍
有永久偶极矩，通过转向与电场 取向一致
－ + 极化 － + －
i 一般为 e
当两极间充满相对介电常数为 r 的电介质时的电容：
《电介质陶瓷》课件
断裂韧性
衡量电介质陶瓷抗裂纹扩展能力的物 理量。断裂韧性好的电介质陶瓷在受 到裂纹作用时不易破裂。
热性能
热导率
衡量电介质陶瓷导热性能的物理量。热 导率越大，电介质陶瓷的导热性能越好
。
耐热性
衡量电介质陶瓷在高温下稳定性的物 理量。耐热性好的电介质陶瓷在高温
下不易分解和氧化。
热膨胀系数
衡量电介质陶瓷受热后尺寸变化的物 理量。热膨胀系数的大小影响陶瓷与 其它材料的匹配程度。
气氛稳定性
衡量电介质陶瓷在特定气氛下稳定性的物理量。气氛稳定性好的电 介质陶瓷在特定气氛下不易发生化学反应或性能变化。
03
电介质陶瓷的制备工艺
粉体制备
固相法
通过物理或化学手段将原料混合 、研磨、破碎，最终得到所需粒 度的粉体。
液相法
通过溶胶-凝胶法、化学沉淀法等 手段将原料转化为溶液，再通过 热处理得到粉体。
表面改性
通过物理或化学手段对陶瓷表面进行处理，改变其表面形态和化学性质，以提高其润湿性、粘结性等 性能。Leabharlann 04电介质陶瓷的应用实例
高压电容器
高压电容器是一种能够储存大量电荷的电子元件，广泛应用于电力系统中 。
电介质陶瓷作为高压电容器的介质材料，具有高介电常数、低损耗、温度 稳定性好等优点，能够提高电容器的储能密度和可靠性。
烧结工艺
高温烧结
在高温下使陶瓷胚体中的 颗粒相互熔融、扩散，形 成致密的陶瓷材料。
低温烧结
在较低的温度下使陶瓷胚 体中的颗粒相互熔融、扩 散，形成致密的陶瓷材料 。
烧结助剂
在烧结过程中添加适量的 烧结助剂，以促进陶瓷材 料的致密化。
表面处理
表面涂层
在陶瓷表面涂覆一层具有特殊功能的涂层，以提高其耐腐蚀、耐磨损等性能。
- 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)。
类
电常数、温度系数值范 锆酸盐瓷和钛锶铋
设备的电路中
围宽，电性能稳定
瓷
介电常数比I类电介
用于对Q值及静
Ⅱ
质陶瓷高，介电系数随 铁电陶瓷(钛酸钡) 温度和电场变化呈非线
电容量稳定性要求 不高的电子仪器设
类
性，具有电滞回线，电
备中，作旁路和藕
致伸缩和压电效应等
合等电路中的电容
器．
以晶粒为半导体，利
小型、大容量的晶
4.半导体系(Ⅳ型)，
其各自的特征如下表所示：
类型
特
征
Ⅰ
温度补偿
Ⅱ
温度稳定
介电常数的温度系数在+10-4／℃到-4.7X 10-3／℃之 间随意获得；
具有高的Q值； 绝缘电阻高，适用于高频
介电常数的温度系数接近零； 具有高的Q值，适用于高频； 如果介电常数尽可能高些，在几GHz带宽内Q值很高， 则可用于制造微波滤波器，称微波电介质陶瓷
P
无外电场作用时，晶 体的正负电荷中心不
重合而呈现电偶极矩
的现象
Spontaneous polarization
依赖于外加电场
E
直线性关系
不依赖于外加电 场，且外加电场 能使极化反转
E
非线性关系
OA：电场弱，P与E呈线性关系
AB：P迅速增大，电畴反转
Pr
B point：极化饱和，单畴
Ⅲ
用陶瓷的表面及晶粒间 界层型，阻挡层型
广泛用于收录机
类
形成绝缘层作为介质， 单位面积的电容量很大
及还原再氧化型半 导体陶瓷电容器(钛
、电子计算机、汽 车等电子产品
酸钡基、钛酸锶基)
根据陶瓷电容器所采用陶瓷材料的 特点，电容器分为：
1.温度补偿(1型)， 2.温度稳定(Ⅱ型)，
3.高介电常数(Ⅲ型)，
Brainport
重点掌握的几个概念：
自发极化 剩余极化 矫顽场 铁电体 电滞回线 电畴 铁电陶瓷
5-1 概述
5.1.1 电容器瓷的电气性能指标：
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）×10-4，保证回路的高Q值。 高介电容器瓷工作在高频下时ω↑、tgδ↑ 。
一般的电容器是用烧好的瓷片与电极组装成电容器，
而独石电容器是将瓷料直接与电极烧结成一个整体，故称
独石。独石电容器的介电常数是普遍陶瓷电容器的三倍，
它已大量用于高频混合集成电路的外贴元件和其他小型化、
可靠性要求高的电子设备中。
独石结构陶瓷电容器制法是在生坯陶瓷薄膜上被复电极 浆料，并经若干片迭合后一次烧结成整体。
③对I类瓷，介电系数的温度系数αε要稳定化。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
电容器瓷的一般要求：
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
5 电容器介质陶瓷
1)按介质分类
• 铁电介质陶瓷 • 高频介质陶瓷 • 半导体介质陶瓷 • 反铁电介质陶瓷 • 微波介质陶瓷 • 独石介质陶瓷
2)按国家标准分类
2)按国家标准分类
低介（ε<10，tgδ小） 高频 （I类瓷）中介（ε=12~50 ，tgδ小）
高介（ε=60~200，tgδ小）
装置瓷 高频热稳定电容器 高频热补偿电容器
-
+ - + - + - +- + -
+
-
+ - + - + - +- + -
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 。
铁电体的定义
• 具有自发极化强度（Ps）Spontaneous Polarization
• 自发极化强度能在外加电场下反转, Switchable Ps
能仍有击穿
高介电容器瓷的分类
金红石瓷：TiO2 钛酸盐瓷：CaTiO3、SrTiO3、MgTiO3 按主晶相分 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： TiO 、 CaTiO 、 SrTiO
其结构有带引线并用树脂包封的及不带引线亦无包封 的块状裸露电容器两种。具有体积小，容量大、耐潮性好 等特点。广泛应用于印刷电路及在厚、薄膜混合集成电路 中作外贴元件用。
第5章 电容器介质陶瓷
§5-1 概述 §5-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷 §5-3 强介铁电瓷的改性机理 §5-4 铁电陶瓷的老化与疲劳现象 §5-5 铁电陶瓷材料确定原则
Ⅲ
高介电常数
由于采用高介电常数陶瓷(ε＝1000～30000， 甚至 更高，可获得大容量：
绝缘电阻高；Q值小，适用于低频
Ⅳ
半导体系
由于利用半导体化的高介电常数陶瓷的表面层或阻挡 层，叫可以比Ⅱ型更小型化
电容器应用热点：独石介质陶瓷
摩尔定律
随着电子技术迅速发展和广泛应用，特 别是大规模集成电路的推广和应用以及表面 组装技术的(SMT)发展，对电子元件提出了大 容量、小体积、长寿命、高可靠性的要求。 独石结构陶瓷电容器正是适应电子设备的这 一新要求而发展起来的。
铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化
方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征，或者
说宏观的表现就是具有电滞回线。
电滞回线(hysteresis curve)：铁电体在铁电 态下极化对电场关系的典型回线。
感应式极化
电子位移极化
P
离子位移极化
转向极化
空间电荷极化
自发极化：
低频：高ε ，较大的tgδ
低频高介电容器
（II类瓷）,以高介电常数为特征，具有 钙钛矿型结构，如BaTiO3,
III类瓷：低频高介，超高ε
半导体陶瓷
汽车、计算机等电路
类
别
特点
产品
应用
高频下介电常数比 金红石瓷、钛酸钙 高频电路中的瓷
结构陶瓷高，约12～
瓷、钙钛硅瓷、镁 介电容器，有的用
I
900，介质损耗小，介 镧钛瓷、锡酸盐瓷、 于精密电子仪器等
2
3
3
> 0： MgTiO3 、 CaSnO3 、 SrSnO3 、 CaZrO3
3
ห้องสมุดไป่ตู้
0： BaO•4TiO2
高介电容器
电容温度系数一般用电 介质的介电系数温度系
数表示即可。
5.1.2.自发极化与铁电体
μ
+ - + - + - +- + -
+
-
- + - + - +- + +