电子陶瓷材料绪论PPT课件
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电子陶瓷材料1 绪论.PPT共118页
电子陶瓷材料1 绪论.
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西1、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西1、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
--新型陶瓷材料PPT课件
金刚石膜SEM形貌 金刚石膜刀具
革新与改革，制品形态也有很
大变化，由过去以块状和粉状
为主向着单晶化、薄膜化、纤维化和复合化方向发展.
-
22
三、新型结构陶瓷材料
㈠ 氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含 有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷.
Al2O3密封、气动陶瓷配件
单相Al2O3陶瓷组织
-
单相Al2O3
SEM形貌
23
根据Al2O3含量不同分为 75瓷(含75%Al2O3，又称 刚玉-莫来石瓷)、95瓷和
99瓷，后两者又称刚玉瓷。
氧化铝陶瓷耐高温性能好， 可 使 用 到 1950℃, 。 具 有 良好的电绝缘性能及耐磨 性。微晶刚玉
的硬度极高(仅
次于金刚石).
氧化铝密封环
-
氧化铝耐高温喷嘴
陶瓷。工程结构陶瓷有许多种，但目前
研究最多、并认为最有发展前途的是氮
化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。
陶瓷电容器
利用陶瓷特有的物理性能制造的陶瓷材
料称功能陶瓷。由于它们具有的物理性
能差异往往很大，所以用途很广泛。
-
20
二、新型陶瓷材料的特点
与传统陶瓷材料相比，新型陶瓷材料除原料来源不 同外，还具有以下特点：
美元的先进陶瓷年销售额中,
我国的销售额仅占1％~2％。 我国研制的胶态原位凝固成型的各种陶瓷部件
-
7
一、陶瓷材料的特点及分类
㈠陶瓷材料的特点 1.陶瓷材料的相组成特点
陶瓷材料的基本相及其结 构要比金属复杂得多，它 通常由三种不同的相组成, 即晶相(1)、玻璃相(2)和气相(气孔3)。
晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理
功能陶瓷材料-电功能陶瓷ppt课件
13
❖离子电导行为
如果材料的离子迁移数等于1，或者说离子电导率比电子电 导率大许多，并几乎为材料中总的电导率值，亦即材料中的载 流子几乎全部为离子，材料的导电行为称为离子导电。
在许多离子晶体中，虽然离子迁移数接近于1，但是晶体中的载 流子迁移率很低，材料实际上不导电。离子导电材料在结构上一般 需要满足三个条件：
3
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。
10
传统硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷是离子晶体。在离子晶体中，离 子导电和电子导电都存在。但一般情况下，以离子导电为主，电 子导电很微弱。然而，材料含变价离子，生成非化学计量化合物 或引入不等价杂质时，将产生大量自由电子或空穴，电子导电增 强，称为半导体。离子晶体热缺陷造成的离子电导称为本征离子 电导，杂质造成的离子电导称为杂质电导。
关于快离子导体的导电机制，一般认为是：其晶体由两种亚晶格 组成，一种是不运动离子亚晶格，另一种是运动离子亚晶格。当晶 体处于快离子相时，不运动离子构成骨架，为运动离子的运动提供 通道。运动离子像液体那样在晶格中做布朗运动，可以穿越两个平 衡位置的势垒进行扩散，快速迁移。
19
快离子导体的主要特点是：
Ag在AgI晶胞中 的位置
21
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。
❖离子电导行为
如果材料的离子迁移数等于1，或者说离子电导率比电子电 导率大许多，并几乎为材料中总的电导率值，亦即材料中的载 流子几乎全部为离子，材料的导电行为称为离子导电。
在许多离子晶体中，虽然离子迁移数接近于1，但是晶体中的载 流子迁移率很低，材料实际上不导电。离子导电材料在结构上一般 需要满足三个条件：
3
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。
10
传统硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷是离子晶体。在离子晶体中，离 子导电和电子导电都存在。但一般情况下，以离子导电为主，电 子导电很微弱。然而，材料含变价离子，生成非化学计量化合物 或引入不等价杂质时，将产生大量自由电子或空穴，电子导电增 强，称为半导体。离子晶体热缺陷造成的离子电导称为本征离子 电导，杂质造成的离子电导称为杂质电导。
关于快离子导体的导电机制，一般认为是：其晶体由两种亚晶格 组成，一种是不运动离子亚晶格，另一种是运动离子亚晶格。当晶 体处于快离子相时，不运动离子构成骨架，为运动离子的运动提供 通道。运动离子像液体那样在晶格中做布朗运动，可以穿越两个平 衡位置的势垒进行扩散，快速迁移。
19
快离子导体的主要特点是：
Ag在AgI晶胞中 的位置
21
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。
《电子陶瓷ch》幻灯片
气敏元件 6. 湿敏半导体瓷 (种类很多,如MgCr2O4-TiO2系等)→湿敏元件
§6-1 概述
半导体陶瓷按照利用的物性分类可分为： 1. 利用晶粒本身性质：NTC热敏电阻； 2. 利用晶粒间界及粒界析出相性质：PTC热敏电阻器，半
导体电容器〔晶界阻挡层型〕，ZnO非线性电阻器； 3. 利用外表性质：半导体电容器〔外表阻挡层型〕，湿敏
• ρV或ρS对热、光、电压、气氛、湿度敏感，故 可作各种热敏、光敏、压敏、气敏、湿敏材料。
• 3.非半导体瓷——体效应〔晶粒本身〕
•
半导体瓷——晶界效应及外表效应
§6-1 概述
种类：
1. BaTiO3半导体瓷 a. PTC热敏电阻瓷 →PTC热敏电阻 b. 半导体电容器瓷 →晶界层电容器、外表层电容器
线性区
外加电 压 Vmax 时的残 余电流
跃变区
• Vk～Vmax：跃变区， ρ跃变↑，I ↓ • Vmax以上：击穿区， V ↑ ，I↑， ρ ↓ ，热击 穿
额定电压 最大工作电压
过电流保护 过载保护
§6-3 PTC热敏电阻
• 电流－时间特性〔I－T特性〕
刚接通时处于常温 低阻态，一定时间 后进入高阻态。 电流从大（起始电 流）到小有延迟
§6-2 BaTiO3瓷的半导化机理
2. 强制还原法
在还原气氛中烧结或热处理，将生成氧空位而使部分 Ti4+→Ti3+，从而实现半导化。（102～106Ω•cm）
B 2 T 4 O 3 2 a i 真 还 惰 空 原 B 性 2 T 气 1 4 2 x T a 气 2 3 x i O 氛 3 2 x V i O • • 氛 2 x O x 2
传感器；
§6-2 BaTiO3瓷的半导化机理
§6-1 概述
半导体陶瓷按照利用的物性分类可分为： 1. 利用晶粒本身性质：NTC热敏电阻； 2. 利用晶粒间界及粒界析出相性质：PTC热敏电阻器，半
导体电容器〔晶界阻挡层型〕，ZnO非线性电阻器； 3. 利用外表性质：半导体电容器〔外表阻挡层型〕，湿敏
• ρV或ρS对热、光、电压、气氛、湿度敏感，故 可作各种热敏、光敏、压敏、气敏、湿敏材料。
• 3.非半导体瓷——体效应〔晶粒本身〕
•
半导体瓷——晶界效应及外表效应
§6-1 概述
种类：
1. BaTiO3半导体瓷 a. PTC热敏电阻瓷 →PTC热敏电阻 b. 半导体电容器瓷 →晶界层电容器、外表层电容器
线性区
外加电 压 Vmax 时的残 余电流
跃变区
• Vk～Vmax：跃变区， ρ跃变↑，I ↓ • Vmax以上：击穿区， V ↑ ，I↑， ρ ↓ ，热击 穿
额定电压 最大工作电压
过电流保护 过载保护
§6-3 PTC热敏电阻
• 电流－时间特性〔I－T特性〕
刚接通时处于常温 低阻态，一定时间 后进入高阻态。 电流从大（起始电 流）到小有延迟
§6-2 BaTiO3瓷的半导化机理
2. 强制还原法
在还原气氛中烧结或热处理，将生成氧空位而使部分 Ti4+→Ti3+，从而实现半导化。（102～106Ω•cm）
B 2 T 4 O 3 2 a i 真 还 惰 空 原 B 性 2 T 气 1 4 2 x T a 气 2 3 x i O 氛 3 2 x V i O • • 氛 2 x O x 2
传感器；
§6-2 BaTiO3瓷的半导化机理
《电子陶瓷》课件
表面涂层
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。
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。
陶瓷材料介绍PPT(完整版)
优点： 1、最先进的隔热，抗紫外技术 2、最清晰的视野，最安全的保 障 3、真正实现信号零干扰 4、绝不氧化，永不褪色 5、环保健康，低碳生活 6、经典美观，超长耐用
陶瓷发动机
陶瓷，尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和 耐磨性，用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求 的目标。
优点: 1.可以大大提高效率。 2.降低了能源消耗，而且减少了环境污染。 3.陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。
2、最清晰的视野，最安全的保 障
特点
2、最清晰的视野，最安全的保 障
压电陶瓷 陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。
陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。
具有压电效应，能够将
用于制造换能器 、声呐、蜂鸣器、电脑键盘
机械能和电能互相转换
不足：阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和由此导致的低可靠性。
降低了能源消耗，而且减少了环境污染。
1、最先进的隔热，抗紫外技术
5、环保健康，低碳生活
导电陶瓷 冶金、化工、石油、机械制造等
1、最先进的隔热，抗紫外技术
能够导电
3、真正实现信号零干扰
可以制作大容量的电容 器
用于制造换能器 、声呐、 蜂鸣器、电脑键盘
电子仪器 自动化领域
磁性陶瓷
具有磁性
多用于半导体材料
陶瓷材料在汽车方面的应用
纳米陶瓷材料用于汽车车膜
陶瓷内饰 法拉利中国限量版艺术典藏跑车
用于制造换能器 、声呐、蜂鸣器、电脑键盘 2、最清晰的视野，最安全的保 障
精品课件！
精品课件！
希望大家都有一个美好的前程！
感谢观看
陶瓷材料介绍
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
陶瓷发动机
陶瓷，尤其是氮化硅和碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性和 耐磨性，用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求 的目标。
优点: 1.可以大大提高效率。 2.降低了能源消耗，而且减少了环境污染。 3.陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。
2、最清晰的视野，最安全的保 障
特点
2、最清晰的视野，最安全的保 障
压电陶瓷 陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。
陶瓷的热传导性比金属低，节省能源。
具有压电效应，能够将
用于制造换能器 、声呐、蜂鸣器、电脑键盘
机械能和电能互相转换
不足：阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和由此导致的低可靠性。
降低了能源消耗，而且减少了环境污染。
1、最先进的隔热，抗紫外技术
5、环保健康，低碳生活
导电陶瓷 冶金、化工、石油、机械制造等
1、最先进的隔热，抗紫外技术
能够导电
3、真正实现信号零干扰
可以制作大容量的电容 器
用于制造换能器 、声呐、 蜂鸣器、电脑键盘
电子仪器 自动化领域
磁性陶瓷
具有磁性
多用于半导体材料
陶瓷材料在汽车方面的应用
纳米陶瓷材料用于汽车车膜
陶瓷内饰 法拉利中国限量版艺术典藏跑车
用于制造换能器 、声呐、蜂鸣器、电脑键盘 2、最清晰的视野，最安全的保 障
精品课件！
精品课件！
希望大家都有一个美好的前程！
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陶瓷材料介绍
高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性
按用途分类
工程陶瓷
《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）。
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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
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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
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9
粉料颗粒尺寸：
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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。
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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。
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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
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电子陶瓷材料1-绪论.
令： r0
ε0 为SI单位制中真空的介电常数，亦称电
常数，ε0=8.85×10-12 F/m； εr为相对介电常数，有时也简称为介电常数， 是一个无量纲的常数.
真空的相对介电常数为1, 其他材料的相对
介电常数均大于1。 C r 0 S
对平行平板电容器：
h
r
C
0
h S
式中，C为试样的电容量；d为试样厚度
直流四端电极法测试电阻率
对中、高电阻率材料，为消除电极非 欧姆接触对测量的影响，多采用直流四端 电极法测试电导率
V
截面积S
I
L
L I
SV
室温下常用 简单的四探 针法：
I V l1 l2 l3
2IV(l1 1l1 2l1 1l2l2 1l3)
如 l=l1=l2=l3 则
I 2 l V
该式是在试样尺寸远大于探针间距时才成立。
当电流I通过试样时，如果在垂直于电流的 方向加一磁场H，则在垂直于 I-H的平面的 方向产生一电场EH，称为霍耳电场，该现 象称为霍耳效应。
霍耳效应的产生是由于电子在磁场作用下， 产生横向位移的结果。电子电导的特征
由于离子质量比电子大得多，因此磁场的 作用力相对较小，离子在磁场作用下，不 呈现横向位移。
璃相、气相和相界交织而成。 • 结晶相：大小不同，形状不一，取向随机的晶粒。直
径几微米到几十微米。小晶粒内部原子或离子点阵规 则排列，是单晶。 • 主晶相决定了材料的性能：介电常数，电导率，损耗 和热膨胀系数。电子陶瓷大都选用氧化物为主晶相。
玻璃相
• 一种低温可以熔融的化合物。作用是填充晶粒之间的 空隙，将晶粒紧密联结成一个整体，降低坯体烧成温 度，阻止晶型转变，在一定条件下，可以抑制晶粒生 长，促使晶粒细微化。广义上和晶粒之间的过渡晶界 相一起统称为晶粒间界。——晶粒之间的固体物质， 原子不规则排列。
电子陶瓷2-3PPT课件
损耗。
调节瓷料的组成，可以调节瓷料的介电 常数温度系数，得到一系列不同介电常 数温度系数的温度补偿电容器陶瓷材料
用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
3）、钙钛硅瓷
主晶相为硅钛酸钙（CaTiSiO5） 特点：当介电常数的温度系数接近于零时，
介电常数较大，且能够获得很大的正的温度 系数。 引入适当的加入物，可获得包括零温度系数 在内的一系列介电系数高的温度补偿用电容 器陶瓷 用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
用途：制造小型高压陶瓷电容器及温度补偿 电容器
4、微波介质瓷
BaO-TiO2系，Li2O-TiO2-Al2O3系, A(BxTi1-x)O3系等 其中，A:Ca、Sr、Ba；B:Zr和Sn
用途：制造微波集成电路基片和介质谐振器 介质谐振器材料特点：介电常数高（30～
200）；在使用温度范围内，介电常数的温度 系数小；在工作频率范围内，介质损耗小。
4）、具有高介电常数的铁电陶瓷，可以制成 体积小、电容量大的电容器，用于低频、高频、 高脉冲储能电路；
5）、半导体陶瓷电容器材料，也称晶界 层电容器材料。具有介电常数大、受温度 影响小、可靠性高的特点，常用于要求稳 定性和可靠性高的电路；
1）、用于高频电路的温度稳定的电容器瓷， 如四钛钡质瓷、镁镧钛质瓷、钙钛硅质瓷等；
2）、用于高频电路起温度补偿作用的电容器 瓷，如金红石质瓷、钛酸钙质瓷、钛锶鉍质 瓷、锡酸盐和锆酸盐质瓷等；
3）、用于高频高功率电路、高压电路和高脉 冲电路的陶瓷，这是电子陶瓷中产量最大、品 种最多的一类陶瓷，包括许多钛酸钡质陶瓷及 复合物陶瓷材料；
具有较好的机械性能，起支撑、保护、隔离等作 用的电子陶瓷材料。
用于制造电子元件、器件、部件和电路中的基体、 外壳、固定件、绝缘零件等的陶瓷材料，又称为 装置瓷。
调节瓷料的组成，可以调节瓷料的介电 常数温度系数，得到一系列不同介电常 数温度系数的温度补偿电容器陶瓷材料
用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
3）、钙钛硅瓷
主晶相为硅钛酸钙（CaTiSiO5） 特点：当介电常数的温度系数接近于零时，
介电常数较大，且能够获得很大的正的温度 系数。 引入适当的加入物，可获得包括零温度系数 在内的一系列介电系数高的温度补偿用电容 器陶瓷 用途：高频温度补偿电容器陶瓷材料
用途：制造小型高压陶瓷电容器及温度补偿 电容器
4、微波介质瓷
BaO-TiO2系，Li2O-TiO2-Al2O3系, A(BxTi1-x)O3系等 其中，A:Ca、Sr、Ba；B:Zr和Sn
用途：制造微波集成电路基片和介质谐振器 介质谐振器材料特点：介电常数高（30～
200）；在使用温度范围内，介电常数的温度 系数小；在工作频率范围内，介质损耗小。
4）、具有高介电常数的铁电陶瓷，可以制成 体积小、电容量大的电容器，用于低频、高频、 高脉冲储能电路；
5）、半导体陶瓷电容器材料，也称晶界 层电容器材料。具有介电常数大、受温度 影响小、可靠性高的特点，常用于要求稳 定性和可靠性高的电路；
1）、用于高频电路的温度稳定的电容器瓷， 如四钛钡质瓷、镁镧钛质瓷、钙钛硅质瓷等；
2）、用于高频电路起温度补偿作用的电容器 瓷，如金红石质瓷、钛酸钙质瓷、钛锶鉍质 瓷、锡酸盐和锆酸盐质瓷等；
3）、用于高频高功率电路、高压电路和高脉 冲电路的陶瓷，这是电子陶瓷中产量最大、品 种最多的一类陶瓷，包括许多钛酸钡质陶瓷及 复合物陶瓷材料；
具有较好的机械性能，起支撑、保护、隔离等作 用的电子陶瓷材料。
用于制造电子元件、器件、部件和电路中的基体、 外壳、固定件、绝缘零件等的陶瓷材料，又称为 装置瓷。
【大学课件】电子陶瓷材料PPT
ppt课件
10
9.4 敏感陶瓷
PTC热敏陶瓷
I
V0 R0
exp
V02 CR0
T0
B
I0
expkt
I0
V0 R0
exp BT0
k BV02 CR0
T
V02 CR0
lg e
图9.12 不同k值的PTC热敏电阻的电流-时间特性曲线
ppt课件
11
9.4 敏感陶瓷
NTC热敏陶瓷
NTC热敏电阻的基本特征参数有标准阻值R25、热敏常数B等。 标准阻值是指热敏陶瓷在 25℃时的阻值。在25℃时， 电阻值的变化不超过0.1% 时所测得的电阻值。
SnO2气敏陶瓷对各种可燃性气体都具有气敏特性，其缺点是选 择性差，掺杂贵金属Pt、Pd和Th及其他氧化物后，对气体的灵 敏度和选择性都有明显提高。
(1)元件阻值变化与气体浓度成指数关系。在低浓度范围内这种 变化十分明显，因此，对低浓度气体检测非常适宜。
(2) SnO2材料的物理化学稳定性好，耐腐蚀，寿命长。 (3) 对气体的检测是可逆的，而且吸附、脱附时间短。 (4)元件结构简单，成本低，可靠性好，耐震动和冲击性能好。 (5)气体检测不需要复杂设施，待测气体可通过气敏元件电阻 值的变化直接转化成电信号，且阻值变化大，用简单电路就可实 现检测。Fra bibliotekppt课件
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9.4 敏感陶瓷
所谓敏感陶瓷，主要是指导电性介于导体和绝缘体之间的半导 体陶瓷材料，其电导率往往与温度、湿度、光照、磁场、电场、 气体环境等物理因素有关。
1 热敏陶瓷
正温度系数(PTC)热敏陶瓷 负温度系数(NTC)热敏陶瓷 临界温度系数(CTR)热敏陶瓷
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璃相、气相和相界交织而成。 • 结晶相：大小不同，形状不一，取向随机的晶粒。直
径几微米到几十微米。小晶粒内部原子或离子点阵规 则排列，是单晶。 • 主晶相决定了材料的性能：介电常数，电导率，损耗 和热膨胀系数。电子陶瓷大都选用氧化物为主晶相。
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玻璃相
• 一种低温可以熔融的化合物。作用是填充晶粒之间的 空隙，将晶粒紧密联结成一个整体，降低坯体烧成温 度，阻止晶型转变，在一定条件下，可以抑制晶粒生 长，促使晶粒细微化。广义上和晶粒之间的过渡晶界 相一起统称为晶粒间界。——晶粒之间的固体物质， 原子不规则排列。
载流子：离子电导(陶瓷的主要方式) 和 电子电导
本质区别： 1.质量变化 2. 霍尔效应
J E nqV nq
3. 迁移率
V E
U, I, E ,J ? 2019/12/14
单位：欧姆•厘米（ • cm19 ）
电子陶瓷的导电性能 大部分陶瓷的禁带宽度宽，为绝缘材料，例如氧 化铝、氧化硅、氮化硅等。 如果对绝缘陶瓷进行掺杂，或者制备非化学计量 比化合物，可以得到半导体陶瓷，如NiO（Li）、 SnO2-x等。 有的陶瓷材料的离子性较强，晶格中可以有自由 移动的离子参与导电，如AgI等。 目前高温超导氧化物的导电能力已超过金属. 已经得到广泛应用的先进陶瓷材料的电导率几乎 覆盖了从良导体到绝缘体的范围。
粉体、块体、厚膜、薄膜、纤维、复合等
按结晶态可分为：
非晶、多晶、单晶体
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应用：结构陶瓷
结构陶瓷：
在电子元件，器件，部件和电路中作基体、外壳，固 定件和绝缘部件。 • 滑石瓷：MO-Al2O3-SiO2体系 • 氧化铝陶瓷：Al2O3，99瓷（刚玉瓷），95瓷，90 瓷，高铝瓷，着色氧化铝陶瓷。 • 高热导率瓷：BeO瓷，BN瓷，AlN瓷，SiC瓷。
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2 功能陶瓷的基本性能
• 2.1 电学性能 • 2.2 力学性能 • 2.3 热学性能 • 2.4 光学性能 • 2.5 磁学性能 • 2.6 耦合性能
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2.1 电学性能
基本电学性能： （1）在电场下传导电流,电导率 （2）被电场感应，介电常数
• 2.1.1 电导率 • 2.1.2 介电常数 • 2.1.3 介质损耗 • 2.1.4 绝缘强度
电致伸缩陶瓷等
半导体陶瓷－PTC热敏陶瓷、NTC热敏陶瓷、气敏陶瓷、压敏陶
瓷、湿敏陶瓷、光敏陶瓷等
导电陶瓷－电子导电陶瓷、离子导电陶瓷、质子导电陶瓷、混合
导电陶瓷
超导陶瓷－高温超导陶瓷
磁性陶瓷－铁氧体陶瓷－软磁、硬磁、旋磁铁氧体等
生物陶瓷－生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷等
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按形态可分为：
据对外场的敏感效应：可制备热敏、气敏、湿敏、 压敏、磁敏、电压敏和光敏等敏感陶瓷。
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主要分类
电介质陶瓷－绝缘陶瓷(结构陶瓷)、电容器介质陶瓷、微波介质
陶瓷、低温共烧陶瓷
铁电陶瓷－高介介电陶瓷、热释电陶瓷、电光陶瓷、弛豫铁电陶
瓷、反铁电陶瓷等
压电陶瓷－一元系、二元系、三元系压电陶瓷，无铅压电陶瓷、
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功能陶瓷的发展趋势
(1) 表面组装技术(SMT) 推动功能陶瓷元件片式化 (2) 功能陶瓷的多功能化、复合化 (3) 功能陶瓷的机敏化和智能化 (4) 功能陶瓷的高频化-微波介质陶瓷与现代通信技术 (5) 低维化，集成化
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功能陶瓷的制备工艺
块体材料的常规制作工艺：制粉－成型－烧结。 制粉工艺多样化：固相法、液相法、气相法。 成型工艺：干式模压成型、等静压成型 烧结工艺：常压烧结、热压烧结、填充烧结、气 氛烧结。
器 • 电性－离子、电子导电性－新型电池 • 超导电性－高温超导器件、微波器件等
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耦合效应
热-电耦合效应：热释电效应-红外传感器的应用基础 PTC 、 NTC效应等-热敏陶瓷器件
光-电耦合效应：电光效应-电光显示和调控器件应用 电控可变光散射，电控可变双折射效应
机-电耦合效应：电致伸缩效应和压电效应-压电陶瓷器件 场致相变效应：压强诱导铁电-反铁电相变-爆电换能
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电子陶瓷的电学性质 物质基本电学性质：传导电流和被电场感应
物质传导电流的现象用下式描述：
J E
式中 J为电流密度矢量；E为电场强度矢量； 为电导率为张量。
17
被电场感应的性质，通常可用下式描述：
D E
式中 D为电位移，一般为矢量； ε为介电常数，一般为张量。
• 高介电常数—电介质陶瓷—高比容电容器 和微波介质陶瓷器件
• 感应极化的产生及随外场（温来自、电场等） 的变化—电介质物理学的研究核心
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直接效应
• 铁电体的极化反转特性－铁电薄膜存储器的应用基础 • 铁电体的电学非线性－电控调谐器件的应用基础 • 铁氧体的磁学非线性－磁控调谐器件 • 半导电性与环境气氛的依赖性－各种化学、生物传感
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气相
• 晶粒之间玻璃相填充不到的部分，是气体占据 的部分。
• 开口气孔和闭口气孔。
功能陶瓷的主要物理性能与效应
直接效应－电学、力学、磁学、热力学、化学、生物
耦合效应－ 机电、热电、光电、磁电耦合
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直接效应
• 介电性能—是功能陶瓷的基本性能，反映 的是极化强度对弱电场的响应
电场诱导反铁电-铁电相变-机电换能 磁－电耦合效应：磁电转换-磁电转换
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应用特点
特点：成分可控性、结构宽容性、性能多样性、应 用 广泛性。
据功能陶瓷组成、结构的易调性和可靠性：可制备 超高绝缘性、半导性、导电性和超导电性陶瓷。
据功能陶瓷的能量转换和耦合特性：可制备压电、 光电、热电、磁电和铁电等陶瓷。
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陶瓷的特点：
优点：硬度大，机械强度高，化学稳 定性好（耐腐蚀），熔点高，绝缘性能好， 抗电强度高（>10kv/mm),导电性能可变 （半导体、超导体、绝缘体）及成本低。
缺点：脆性大，分散性大。
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电子陶瓷
• 结构陶瓷和功能陶瓷。 • 陶瓷的微观结构与性能的关系 • 陶瓷是一个复杂的多晶多相系统，一般由结晶相、玻
电导率(electrical conductivity)和介电常数 (dielectric constant)是描写电子陶瓷的电 学性质的两个最基本的电学参数。
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2.1.1 电导率
电导率：样品的导电能力，越大则导电能力越强
J
E R U /I
低压下，高
G 1 R S / h 压不符合
径几微米到几十微米。小晶粒内部原子或离子点阵规 则排列，是单晶。 • 主晶相决定了材料的性能：介电常数，电导率，损耗 和热膨胀系数。电子陶瓷大都选用氧化物为主晶相。
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玻璃相
• 一种低温可以熔融的化合物。作用是填充晶粒之间的 空隙，将晶粒紧密联结成一个整体，降低坯体烧成温 度，阻止晶型转变，在一定条件下，可以抑制晶粒生 长，促使晶粒细微化。广义上和晶粒之间的过渡晶界 相一起统称为晶粒间界。——晶粒之间的固体物质， 原子不规则排列。
载流子：离子电导(陶瓷的主要方式) 和 电子电导
本质区别： 1.质量变化 2. 霍尔效应
J E nqV nq
3. 迁移率
V E
U, I, E ,J ? 2019/12/14
单位：欧姆•厘米（ • cm19 ）
电子陶瓷的导电性能 大部分陶瓷的禁带宽度宽，为绝缘材料，例如氧 化铝、氧化硅、氮化硅等。 如果对绝缘陶瓷进行掺杂，或者制备非化学计量 比化合物，可以得到半导体陶瓷，如NiO（Li）、 SnO2-x等。 有的陶瓷材料的离子性较强，晶格中可以有自由 移动的离子参与导电，如AgI等。 目前高温超导氧化物的导电能力已超过金属. 已经得到广泛应用的先进陶瓷材料的电导率几乎 覆盖了从良导体到绝缘体的范围。
粉体、块体、厚膜、薄膜、纤维、复合等
按结晶态可分为：
非晶、多晶、单晶体
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应用：结构陶瓷
结构陶瓷：
在电子元件，器件，部件和电路中作基体、外壳，固 定件和绝缘部件。 • 滑石瓷：MO-Al2O3-SiO2体系 • 氧化铝陶瓷：Al2O3，99瓷（刚玉瓷），95瓷，90 瓷，高铝瓷，着色氧化铝陶瓷。 • 高热导率瓷：BeO瓷，BN瓷，AlN瓷，SiC瓷。
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2 功能陶瓷的基本性能
• 2.1 电学性能 • 2.2 力学性能 • 2.3 热学性能 • 2.4 光学性能 • 2.5 磁学性能 • 2.6 耦合性能
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2.1 电学性能
基本电学性能： （1）在电场下传导电流,电导率 （2）被电场感应，介电常数
• 2.1.1 电导率 • 2.1.2 介电常数 • 2.1.3 介质损耗 • 2.1.4 绝缘强度
电致伸缩陶瓷等
半导体陶瓷－PTC热敏陶瓷、NTC热敏陶瓷、气敏陶瓷、压敏陶
瓷、湿敏陶瓷、光敏陶瓷等
导电陶瓷－电子导电陶瓷、离子导电陶瓷、质子导电陶瓷、混合
导电陶瓷
超导陶瓷－高温超导陶瓷
磁性陶瓷－铁氧体陶瓷－软磁、硬磁、旋磁铁氧体等
生物陶瓷－生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷等
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按形态可分为：
据对外场的敏感效应：可制备热敏、气敏、湿敏、 压敏、磁敏、电压敏和光敏等敏感陶瓷。
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主要分类
电介质陶瓷－绝缘陶瓷(结构陶瓷)、电容器介质陶瓷、微波介质
陶瓷、低温共烧陶瓷
铁电陶瓷－高介介电陶瓷、热释电陶瓷、电光陶瓷、弛豫铁电陶
瓷、反铁电陶瓷等
压电陶瓷－一元系、二元系、三元系压电陶瓷，无铅压电陶瓷、
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功能陶瓷的发展趋势
(1) 表面组装技术(SMT) 推动功能陶瓷元件片式化 (2) 功能陶瓷的多功能化、复合化 (3) 功能陶瓷的机敏化和智能化 (4) 功能陶瓷的高频化-微波介质陶瓷与现代通信技术 (5) 低维化，集成化
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功能陶瓷的制备工艺
块体材料的常规制作工艺：制粉－成型－烧结。 制粉工艺多样化：固相法、液相法、气相法。 成型工艺：干式模压成型、等静压成型 烧结工艺：常压烧结、热压烧结、填充烧结、气 氛烧结。
器 • 电性－离子、电子导电性－新型电池 • 超导电性－高温超导器件、微波器件等
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耦合效应
热-电耦合效应：热释电效应-红外传感器的应用基础 PTC 、 NTC效应等-热敏陶瓷器件
光-电耦合效应：电光效应-电光显示和调控器件应用 电控可变光散射，电控可变双折射效应
机-电耦合效应：电致伸缩效应和压电效应-压电陶瓷器件 场致相变效应：压强诱导铁电-反铁电相变-爆电换能
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电子陶瓷的电学性质 物质基本电学性质：传导电流和被电场感应
物质传导电流的现象用下式描述：
J E
式中 J为电流密度矢量；E为电场强度矢量； 为电导率为张量。
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被电场感应的性质，通常可用下式描述：
D E
式中 D为电位移，一般为矢量； ε为介电常数，一般为张量。
• 高介电常数—电介质陶瓷—高比容电容器 和微波介质陶瓷器件
• 感应极化的产生及随外场（温来自、电场等） 的变化—电介质物理学的研究核心
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直接效应
• 铁电体的极化反转特性－铁电薄膜存储器的应用基础 • 铁电体的电学非线性－电控调谐器件的应用基础 • 铁氧体的磁学非线性－磁控调谐器件 • 半导电性与环境气氛的依赖性－各种化学、生物传感
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气相
• 晶粒之间玻璃相填充不到的部分，是气体占据 的部分。
• 开口气孔和闭口气孔。
功能陶瓷的主要物理性能与效应
直接效应－电学、力学、磁学、热力学、化学、生物
耦合效应－ 机电、热电、光电、磁电耦合
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直接效应
• 介电性能—是功能陶瓷的基本性能，反映 的是极化强度对弱电场的响应
电场诱导反铁电-铁电相变-机电换能 磁－电耦合效应：磁电转换-磁电转换
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应用特点
特点：成分可控性、结构宽容性、性能多样性、应 用 广泛性。
据功能陶瓷组成、结构的易调性和可靠性：可制备 超高绝缘性、半导性、导电性和超导电性陶瓷。
据功能陶瓷的能量转换和耦合特性：可制备压电、 光电、热电、磁电和铁电等陶瓷。
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陶瓷的特点：
优点：硬度大，机械强度高，化学稳 定性好（耐腐蚀），熔点高，绝缘性能好， 抗电强度高（>10kv/mm),导电性能可变 （半导体、超导体、绝缘体）及成本低。
缺点：脆性大，分散性大。
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电子陶瓷
• 结构陶瓷和功能陶瓷。 • 陶瓷的微观结构与性能的关系 • 陶瓷是一个复杂的多晶多相系统，一般由结晶相、玻
电导率(electrical conductivity)和介电常数 (dielectric constant)是描写电子陶瓷的电 学性质的两个最基本的电学参数。
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2.1.1 电导率
电导率：样品的导电能力，越大则导电能力越强
J
E R U /I
低压下，高
G 1 R S / h 压不符合