功能粉体材料与电子陶瓷湖南省应用基础研究基地简介
功能材料PPT系列：材料科学基础PPT
功能聚合物的制备与应用
• 复合材料：将聚合物与其他材料复合，形成具有 特殊功能的复合材料。
功能聚合物的制备与应用
工程塑料
用于制造机械、汽车和航空等领域的结构部件。
高分子材料
用于制造塑料袋、包装材料、管道等日常用品。
高分子纤维
用于制造纺织品、防护服和复合材料等。
功能金属的制备与应用
熔炼法
将金属原料加热至熔融状态，再冷却凝固得到金属材料。
随着科技的不断发展，功能材料呈现 出以下几个发展趋势。首先，新材料 不断涌现，如石墨烯、碳纳米管等新 型纳米材料；其次，复合材料成为研 究热点，通过将不同性质的材料进行 组合，可以获得优异的综合性能；最 后，智能化和多功能化成为未来发展 的方向，如智能传感器、自适应材料 等。
功能材料的挑战
尽管功能材料已经取得了很大的进展 ，但仍面临一些挑战。首先，新材料 研发需要大量的时间和资金投入，且 成功率较低；其次，复合材料的界面 结合和性能调控难度较大；最后，智 能化和多功能化需要解决多物理场耦 合和系统集成等难题。
微纳合成法
在微米和纳米尺度上合成材料 的技术，如纳米颗粒、纳米线
等。
材料制备的工艺
熔炼法
将原料加热至熔化，再经冷却、凝固而获得 材料的方法。
压延法
通过施加压力将熔融状态的原料压制成片状 或膜状的方法。
烧结法
将粉末状的原料加热至高温，使其发生固相 反应而形成致密材料的方法。
涂覆法
将材料涂覆在基材表面，以达到防护、装饰 等目的的方法。
功能材料广泛应用于各个领域，如电 子信息产业、新能源产业、生物医药 产业等。例如，磁性材料用于制造各 种电机、变压器和磁记录设备；光学 材料用于制造各种光学仪器、镜头和 显示器件；半导体材料用于制造集成 电路、微电子器件和太阳能电池等。
1功能陶瓷的生产工艺过程
添加标题
添加标题
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方法：采用车削、铣削、磨削等机 械加工方法
应用：广泛应用于功能陶瓷器件的 制造和维修中
表面涂层
定义：在功能 陶瓷表面涂覆 一层薄膜材料， 以提高其耐腐 蚀、抗氧化、
绝缘等性能
涂层材料：金 属氧化物、氮 化物、碳化物
等
涂层方法：物 理气相沉积、 化学气相沉积、 电镀、喷涂等
作用：保护内 部材料不受环 境影响，提高 材料的使用寿
预烧结
预烧结：将原料 进行初步烧结， 使其具有一定的 强度和稳定性， 以便进行后续加 工。
粉碎：将预烧结 后的原料进行破 碎，以便进一步 加工。
混合：将破碎后 的原料与其他添 加剂进行混合， 以获得所需的物 理性能和化学成 分。
造粒：将混合后 的原料制成颗粒 状，以便进行成 型和烧成。
成型工艺
干压成型
航空航天领域：功能陶瓷在航空航天领域中用于制造涡轮发动机、燃烧室、 喷嘴等高温部件，具有优良的耐高温性能和稳定性。
电子信息领域：功能陶瓷在电子信息领域中用于制造电子元件、集成电路、 通信设备等，具有高绝缘性、低介电损耗、高稳定性等优点。
能源环保领域：功能陶瓷在能源环保领域中用于制造燃料电池、太阳能电 池、环境监测设备等，具有高效能、低成本、环保等优点。
表面涂层：在材料 表面涂覆一层具有 优异性能的薄膜
表面合金化：通过 化学或电化学方法 在材料表面形成具 有所需性能的合金 层
表面微结构化：通 过刻蚀或光刻技术 在材料表面形成微 米或纳米尺度的结 构，以改善其性能
功能陶瓷的应用领域
电子工业
电子工业：功能 陶瓷在电子工业 中广泛应用于电 子元件、集成电 路、电子封装等 领域，如电阻器、 电容器、电感器
材料化学之陶瓷
光学陶瓷
பைடு நூலகம்
荧光性
红外透过性
Al2O3
CaAs
激光
红外线窗口
高透明性
电发色效应
SiO2
WO3 ZnFe2O SrO CdS VO2 BaO 多种金属氧化物 PZT
光导纤维
显示器 磁带 电声器件 太阳电池 温度传感器 热阴极 催化剂 超声成像
磁性陶瓷 半导体陶瓷
软磁性 硬磁性 光电效应 阻抗温度变化效应 热电子放射效应
陶瓷一般结构
形成：加工过程中形成。 含量：0—90% 气孔包括开孔和闭孔
合理控制气孔数量、 形态和分布对保证陶 瓷成品诸多性能十分 重要。
陶瓷的基本性质
具有金属光泽，如WC、TaC等。
导电性接近金属，如金属锆的电阻率为
0.41×10-4 Ώ〃cm 间隙相陶瓷在保持与原金属相近的导电性 同时，却表现出比金属更高的硬度。如金属 钨、WC、TiC
多功能化
低维化
化学响应陶瓷 生物陶瓷
化学反应性 生物活性 生物物理响应
结构 陶瓷
特种陶瓷 光声电 磁热、 生物、 化学等 性能陶 瓷
功能陶瓷
我们是“压 电陶瓷点火 器”
传统陶瓷的大观
功能陶瓷研究进展与发展趋势 电介质陶瓷
压电铁电陶瓷
半导体陶瓷 快离子导体陶瓷 高温超导陶瓷
功能陶瓷 发展的趋 势特点
复合化
06
功能陶瓷
功能陶瓷是指其自身具有 某方面的物理化学特性，表 现出对点、光、磁、化学和 生物环境产生响应的特征性 陶瓷。
功能陶瓷的分类
种类 电子陶瓷
性能特征 绝缘性 热电学 压电性 强介电性 主要组成 Al2O3、Mg2SiO4 PbTiO3、BaTiO3 PbTiO3、LiNbO3 BaTiO3 用途 集成电路基板 热敏电阻 振荡器 电容器
导电陶瓷
固相烧结法是一种制备陶瓷材料的传统方法，将陶瓷原料粉末混 合均匀后压制成形，在高温下无压（或有压）烧结，随炉冷却后便得 到所需的陶瓷材料。
王春华等人[6]采用常压法获得致密的碳化硅烧结体，体积密度为 3.12g/cm3， 电阻率为0.165Ω·m；该陶瓷在300～600℃温度范围内 表现出明显的负电阻率温度系数。为提高导电陶瓷的导电能力，常对 陶瓷进行掺杂。刘汉忠研究了Ce 掺杂La0.5-xCexBa0.5CoO3陶瓷时， 发现该陶瓷材料是一种电子、空穴和氧离子混合导电的陶瓷材料； La0.5-xCexBa0.5CoO3的x 在0.1～0.5 变化时，电阻率ρ随Ce的掺杂 量增加而单调上升。图2 给出了烧结温度为1080℃和1100℃时，样品 的室温电阻率ρ（mΩ/cm）与Ce的加入量x的关系。
吴敏艳等人[2]采用溶胶- 凝胶法制备了粒径为30～60nm 的超细 粉，采用速控烧结制度在较短的烧结时间里获得相对密度为98%、平 均晶粒度小于1μm 的致密陶瓷。王歆等人[3]用溶胶-凝胶法，在Al2O3 衬底上制备了导电性能优良的BaPbO3(BPO)导电薄膜。研究发现，升 高热处理温度和增加热处理次数使薄膜中Pb/Ba摩尔比降低和膜厚减
2.3 化学气相扩渗法
为改善陶瓷的导电性能，通常在制备前躯体时掺入其它元素，如 郝素娥等人[8]采用气相化学热扩渗的方法，使稀土元素有效地渗入到 钛酸铅陶瓷中，在陶瓷结构中形成了均匀、细小、弥散的形貌结构特 征；稀土扩渗使钛酸铅基陶瓷的导电性显著增强，其室温电阻率下降 为0.2Ω·m。
2.4 微波烧结法
3 SnO2 基导电陶瓷靶材的制备及应用性能表征 3.1 Sb∶SnO2(ATO)陶瓷靶材的制备
选用纯度为 99.99％氧化锡粉体（国药集团化学试剂有限公司 99.99％氧化锑粉体（国药集团化学试剂有限公司）为原料，采用Sb2O5 的掺杂量为6%(wt) 进行配样，选用无水乙醇作粘结剂，将得到的 SnO2混合粉末在无水乙醇充分球磨6小时（球磨机型号：XQM 型变频 行星式球磨机），接着在干燥箱80℃下烘干，保持一定的湿度，具有 好的流动性，然后采用型号为769YP-40C 粉末压片机进行成型，压成 φ56mm×6.5mm 的坯体，所得坯体再次采用冷等静压法压成靶材素 坯。最后采用常压、空气烧结方式，德国NaberTherm 公司的HTRV 系 列高温炉烧结。采用的是图5烧结方案进行烧结。此方案在200℃保温 30min，600℃保温60min，1000℃保温60min，然后升温到最终烧结温 度的1250℃保温300min，然后随炉冷却。采用此烧结程序符合物质的 烧结规律，在进入烧结初期时，在200℃保温半个小时，物料自由水 分更有利于挥发；在600℃保温一个小时，各种杂质例如有机物已经 完全挥发，更能让物质进入烧结期做充分准备；在进入烧结中期时， 在1000℃时进行保温一个小时，物质有完全充分的时间进入烧结中 期，缓慢进入烧结终点温度，最后在烧结终点温度1250℃时保温五个 小时，物质充分反应，这种烧结曲线更加符合物质的烧结模型，与文 献的报道是相似的。
中国先进电介质陶瓷材料技术发展及应用
中国先进电介质陶瓷材料技术发展及应用司留启;应红;杨彬【摘要】电介质陶瓷材料是电子工业中制备基础元件的关键材料,其市场需求量大,产业化前景广阔.本文从产业化的角度分析了中国电介质陶瓷材料的发展现状,探讨了影响其技术发展的关键因素,同时介绍了目前市场用量较大、产业化水平较高的钛酸钡粉体材料、电容器介质陶瓷材料、微波介质陶瓷材料、压电陶瓷材料的最新产业化技术动态,很大程度上代表了中国先进电介质陶瓷材料的发展水平.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】7页(P377-383)【关键词】先进电介质陶瓷材料;钛酸钡;电容器介质陶瓷材料;微波介质陶瓷材料;压电陶瓷材料【作者】司留启;应红;杨彬【作者单位】山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091;山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091;山东国瓷功能材料股份有限公司,山东东营257091【正文语种】中文【中图分类】TB34电介质陶瓷材料的发展始于20 世纪初，是电子工业中制备基础元件的关键材料，被广泛应用于人们生产生活的各个领域.近十几年来，随着通信、家电、汽车、军事等相关领域电子元器件产品飞速发展，电介质陶瓷材料市场需求量不断增加，日益显示出广阔的市场前景和强大的经济效益.为满足市场需求，国内各企事业单位和科研院所围绕电介质陶瓷材料原料、工艺、设备、配方等开展了广泛而深入的研究，国内电介质陶瓷材料产业化水平不断提高，电介质陶瓷材料行业呈现出蓬勃发展的势头.据统计，电介质陶瓷材料的全球消费量2005到2015的年均增长速率超过10%，预计2016年将达到6.6万t以上.中国约占电介质陶瓷材料的全球市场份额的10%～15%，主要生产企业有：山东国瓷、风华高科、厦门松元、昆山长丰、成都宏明等.多层片式陶瓷电容器(MLCC)需求量的增加对电介质陶瓷材料的增长起到了关键作用.中国前瞻研究院数据显示，2000～2015年，我国国内MLCC产量的年均增速超过20%，预计到2016年国内MLCC市场规模将超过300亿元.中国是世界制造业大国，MLCC使用量约占全球MLCC出货量50%，为电介质材料的发展提供了良好的土壤.MLCC产量的增长，也为其关键原材料钛酸钡和电介质陶瓷材料带来了广阔的市场前景.虽然近年来受市场外部环境的影响，一些传统产品价格有所下降，但一些高端产品如300 nm以下钛酸钡、中高压电介质陶瓷材料等的价格和市场均持续看好.微波介质陶瓷主要用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线等，在便携式移动电话、微波基站、电视卫星接收器和军事雷达等方面正发挥着越来越大的作用.近十几年来，我国微波介质陶瓷一直保持较快增长，据中国产业信息网相关资料显示，到2015年国内微波元器件的销售额达到28亿元，微波介质陶瓷材料的产量已突破2 700 t.移动通信中的4G/5G技术的发展为相关产业带来了新的机遇，微波介质陶瓷迎来新的增长点.压电陶瓷应用非常广泛，已有100 a的发展历史，从打火机到航天飞机，被应用于生产生活的各个领域.目前国内压电陶瓷材料及器件的生产厂商达上百家，竞争较为激烈.目前压电陶瓷一般都含有Pb，随着人们环保意识的提高，无铅压电陶瓷是未来的必然趋势，国内外企业和研究机构进行了大量的研究和开发工作，取得了一定成绩.电介质陶瓷材料市场前景广阔，国内技术和产品质量与国外的差距越来越小，涌现出一批高附加值的产品，在替代进口的同时，逐步走向国际市场.陶瓷介质元器件向微型化、低能耗、高可靠、高稳定方向发展，要求电介质陶瓷材料粉体具有高纯度、高分散、高均匀、粒度分布窄等性能，这些性能的实现依赖于原材料、工艺、设备、配方等技术的共同协调发展.1.1 原材料原材料是电介质陶瓷材料的前提和基础，满足产品特性要求是原材料选择的首要因素，性价比高是产业化追逐的目标.电介质陶瓷材料使用的原材料主要包含：Ba,Sr,Ca,Ti,Zr,Pb和稀土等元素的碳酸盐、氧化物、氢氧化物等.以固相法钛酸钡的合成为例，钛酸钡的颗粒大小和形貌主要由原材料TiO2决定，要合成200 nm 及以下的钛酸钡，至少需要选用比表面积大于20 m2/g且分散性良好的TiO2，图1(a)，(b)规格的TiO2纯度为99.8%，其比表面积均为30 m2/g，能满足要求. 我国Ba，Ti和稀土等矿产资源储量丰富，原材料生产厂家众多，但深加工产品少，某些超细、高纯、高分散原材料还不能充分满足使用需求.另外，粉体材料生产所需相关添加剂产品如分散剂、脱模剂、胶水等，对电介质陶瓷材料的性能也有显著影响，国内相关的系统配套研究相对缺乏，还有很大提升空间.1.2 工艺制备工艺在很大程度上决定了产品的性能和应用.目前电介质陶瓷材料产业化合成工艺主要有固相法、水热法、沉淀法、溶胶凝胶法[1]等，表1对四种产业化合成工艺进行了对比.以钛酸钡为例，传统固相法具有生产流程短、设备简单、原料易得、成本低廉等优点，为国内多数厂家采用，产品大多用于圆片电容器或PTC行业.水热法钛酸钡具有高纯度、高分散、颗粒均匀、形貌规整、性能稳定等特点，适合MLCC等高端领域应用，山东国瓷作为国内电介质陶瓷材料的龙头企业，可批量生产30～800 nm系列水热法钛酸钡产品.1.3 设备设备是实现产品的关键，生产设备很大程度上决定了产品品质，检测设备是产品品质的重要保障.生产设备和检测设备技术的发展促进电介质陶瓷材料的发展.1.3.1 生产设备目前电介质陶瓷材料产业化生产所需的关键设备如球磨机、砂磨机、喷雾干燥机、微波干燥机、气流粉碎机、推板炉、辊道炉等均已实现国产化，基本可以满足电介质陶瓷材料生产的需求.以电介质陶瓷材料行业使用的湿式研磨设备砂磨机为例，国内厂家对其原理和结构已经研究的比较充分，进行了大量的产业化验证.研究显示砂磨机叶片结构、转速、内衬材质以及分散介质的材质、尺寸、形状等对所分散粉体的颗粒细度、形貌、粒度分布、研磨效率等指标都有重要影响.近年来国内分散介质如锆球的生产水平不断提高，以Φ0.3mm锆球为例，产品品质与国外水平相当，如表2所示.1.3.2 检测设备电介质陶瓷材料检测所需的用于分析粒度分布、组成结构、微观形貌的设备与国外水平相比还存在一定差距.但经过多年研究，国内厂家已经取得长足进步，如激光粒度分析仪、比表面积分析仪等具有一定水准，在国内普及率不断提高.其它分析仪器如XRF分析仪、XRD分析仪，ICP，SEM，TEM等依靠进口，价格昂贵，成为制约国内企业技术进步和质量提升的重要因素.1.4 配方电介质陶瓷材料一般需要几种甚至十几种化合物通过混合、固溶、掺杂等物理和化学作用以实现优良介电性能.以钛酸钡基X7R特性要求的介质材料为例：在钛酸钡的基础上加入一些添加剂，虽然添加剂用量很少(质量分数一般小于5%)，但对产品性能影响较大.既要起到压峰移峰的作用获得相应的温度系数和介电常数，又要兼顾损耗、绝缘、烧结温度、气氛、瓷体颜色等，这些都需要大量的实验及理论研究工作.在电介质陶瓷材料配方研究领域，我国开展的相关研究工作很多，每年都有大量的论文、专利发表，其中也不乏高质量的研究成果.但整体来看依然存在研发力量分散、基础研究较少、创新研发不多、产学研结合相对薄弱等问题.随着我国电介质陶瓷原材料、设备、工艺、配方技术的不断发展，以及下游MLCC及微波、压电元器件行业持续发展需求的拉动，我国电介质陶瓷材料领域发展迅速，与国外差距正在缩小，某些产品已经达到国际先进水平.如山东国瓷“多层陶瓷电容器用钛酸钡基介电陶瓷材料的产业化关键技术及应用”、“一种连续制备钛酸钡粉体的工艺”分别获得国家科学技术进步奖二等奖和中国专利金奖，在产业化水热钛酸钡基电介质材料领域代表中国领先水平，并和国际市场上的日本、美国企业展开全面竞争.2.1 钛酸钡粉体材料钛酸钡是电子陶瓷元件的重要基础原料，由于其具有介电常数高和介质损耗低的特点，被广泛应用于制作正温度系数热敏电阻器、MLCC、光电器件和动态随机存储器等，被誉为“电子陶瓷的支柱”.MLCC介质的薄层化对这种介质材料的性能提出了更高的要求，譬如高纯度、单分散、化学均一性、高结晶度、细晶等.国际上十分重视高性能MLCC用超细钛酸钡材料制备技术的提高和发展.图2是2015年全球MLCC领域不同工艺BaTiO3的市场占有率分布图.我国高性能超细钛酸钡材料的制备技术起步晚，目前国内厂家大多采用的是固相法或草酸法，主要用于圆片电容器或PTC行业.山东国瓷是国内唯一一家工业化使用水热法合成生产钛酸钡的厂家，具有一系列立方相、四方相钛酸钡产品，产品粒度涵盖30～800 nm，可根据客户要求定制.水热法钛酸钡是MLCC介质材料大批量使用的主流产品，出货量占全球47%，商业化产品如表3所示.水热法一般是将Ba(OH)2溶液与一定形式的钛源，如TiO(OH)2，TiO2等混合后，转入到高压釜中，在一定的温度和压力下形成钛酸钡颗粒.由于在高温、高压水热条件下，能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，并达到一定的过饱和度，因此可形成原子或分子生长基元，进而成核结晶生成粉体.相比其它方法，该工艺制备的钛酸钡电子陶瓷材料具有晶粒发育完整、粒度小且分布均匀、颗粒的团聚较轻、可使用较为便宜的物料、易得到合适的化学计量物以及通过改变工艺过程可控制产品的颗粒性质等优点，尤其是水热法制备的钛酸钡毋需高温煅烧处理，避免了烧结过程中造成的晶粒长大、缺陷形成和杂质引入.图3展示了国内外水热法超细钛酸钡颗粒形貌.纳米BaTiO3粉体的制备近年来一直是纳米科技领域的一个研究热点，各项制备技术也得到了较大发展，但其制备研究仍有许多问题需要探索和研究，如对合成BaTiO3纳米颗粒的过程机理缺乏深入的研究；对控制微粒的形态及其粒度分布性能等技术以及各性能之间的关系的研究还不够；对合成装置缺乏工程研究；性能测试和表征手段还需改进等.2.2 电容器电介质陶瓷材料与电解电容器相比，陶瓷电容器虽然静电电容范围较小，但是由于计算机、电视机、手机、汽车等机电一体化，特别是集成电路的发展，陶瓷电容器凭借尺寸和价格等方面的优势，得到了很大的发展.目前，陶瓷电容器在整个电容器产业中的出货份额已超过80%，并且有不断扩大的趋势.根据结构的不同，陶瓷电容器可分为单层陶瓷电容器(圆片电容器)和MLCC.随着电子设备及元器件向微型、薄层、混合集成及表面贴装技术方向的迅速发展，对MLCC的需求与日俱增，MLCC不断向薄介质、高层数、小尺寸、大容量、高可靠性方向发展.目前，利用薄层化、多层化(600～1200层)、贱金属电极等技术，已开发出介质厚度小于1 μm，层数1 000层以上，容量高达470 μF甚至以上的MLCC.电介质陶瓷材料作为MLCC的关键原材料，其技术发展方向包含：纳米级电介质陶瓷颗粒的表面包覆技术、还原性气氛烧结技术、薄层化高可靠性技术、低温烧结技术等.要获得介质特性和可靠性良好的高容量MLCC，介质瓷料必须具有良好的分散性，添加剂要均匀分布于电介质陶瓷主体材料中.一方面可以采用高纯纳米级原材料或者溶于水的金属有机盐为添加剂，另一方面采用离心喷雾干燥、假烧等包覆技术使添加剂均匀包覆于电介质陶瓷颗粒表面，使材料的微观结构呈现“芯-壳”结构，即颗粒核心保留主晶相，而颗粒的“外壳”为添加物取代后的晶相，如图4.为降低成本，MLCC制造企业已大量采用贱金属镍为内电极替代价格昂贵的银钯电极.金属镍在空气中烧结时容易被氧化，必须在还原性气氛下烧结.而还原气氛下钛酸钡瓷料中存在氧缺位，Ti4+离子部分被还原成Ti3+，瓷体呈现明显的电子电导，介质损耗增大.需要通过对钛酸钡添加施主和受主离子来控制氧空位的迁移以及再氧化过程，改性添加物的选择和用量需要兼顾瓷料的其它介电性能，从而得到可以在还原气氛下烧结可靠性良好的MLCC瓷料[2].相对于1～2 μm甚至以下的MLCC介质层，介质瓷料的最大粒径不能超过0.2μm，其平均粒径0.05～0.15 μm最佳，而高纯度、窄的粒度分布和高分散性，有利于控制介质瓷料烧结过程中的晶粒异常长大，进而实现薄层化.这些性能指标的实现，有赖于原材料、合成工艺、分散技术的相互配合.图5展示了用80 nm钛酸钡制作的介质层厚度0.6 μm的MLCC断面形貌.低温烧结有利于降低MLCC的制造成本.以银钯内电极MLCC为例，随着烧结温度的降低，将有利于降低银钯电极中钯金属的含量，从而大大降低MLCC的制造成本；而目前成本更低的铜内电极的使用，也是以1 000 ℃以下烧结介质瓷料的开发成功为前提的.目前最常见也是应用最多的烧结温度降低的方法是添加助烧剂如低熔点氧化物、玻璃等，但是助烧剂的大量加入，往往会带来瓷体晶粒异常长大及损耗、可靠性的恶化，并有可能导致烧结后的瓷体脆性增加强度降低.降低烧温另一方向是通过粉体颗粒尺寸的纳米化、配方体系的优化和工艺的改进等方式，提高电介质粉体材料的活性，达到降低烧温的目的，与前者相比，该方法得到的电介质陶瓷材料体晶粒更均匀、性能更优，当然技术难度也更大[3].图6展示了两种降低烧温方式得到的烧结晶粒均匀性对比.MLCC电介质陶瓷材料市场，常用的规格型号包括C0G,X5R,X7R,X8R,Y5V等(分类标准参考EIA-198-E)，表4展示了国内市场主流电介质陶瓷材料规格.2.3 微波介质陶瓷材料微波介质陶瓷是指应用于微波频段(300～300 GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷.是近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向，这主要是适应微波移动通讯的发展需求，制作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件，可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面.自上世纪80年代以来，一系列高性能微波介质陶瓷材料的出现，促进了小型化的微波介质谐振器、滤波器和振荡器的开发，加速了移动机的高性能和小型化进程.目前微波介质陶瓷材料与器件的研发生产水平欧美发达国家最高，日本在该领域的研究也已后来居上.微波介质陶瓷材料发展迅速，相应材料种类繁多，对应频段的典型材料如表5所示.微波介质陶瓷材料的发展呈现出高介电常数、高稳定性、高品质因数、高频率方向扩展的特点.随着移动通信领域由4G向5G网络的发展，对微波介质材料的谐振频率温度系数及品质因数提出了更高的要求，相应产品成为市场热点，表6展示了两款高Q值微波介质陶瓷产品.2.4 压电陶瓷材料压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料，具有机电耦合系数高、压电性能可调节性好、化学性质稳定、易于制备和成型、价格低廉等优点，被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域.目前所使用的压电陶瓷体系绝大部分是铅基压电陶瓷，锆钛酸铅材料(PZT)是当前性能较好、研究和应用最广泛的材料.在锆钛酸铅材料二元系配方Pb(Zr,Ti)O3的基础上加入第三元、第四元、第五元改性的压电陶瓷也被广泛应用于拾音器、微音器、滤波器、变压器、超声、受话器等领域[4].这些陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的含量约占原料总质量的70%，由于含铅化合物有毒、在高温时易挥发，在生产、使用及废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害.近几十年来，国内外企业和研究机构围绕BaTiO3基、钛酸铋钠 (BNT)基、铋层状结构及铌酸盐基等几大类无铅压电陶瓷进行了大量的研究和开发工作，取得了一定成绩[5]，表7展示了国内水热法BNT产品的基本压电特性.在日本，一些性能较好的无铅压电陶瓷已经面向市场销售，价格很高，但需求量很少.总体上讲，无铅压电陶瓷与铅基压电陶瓷相比，产业化性能上还存在较大差距.电介质陶瓷材料的发展，是为了满足电子元器件性能不断发展的需要.新型电介质陶瓷材料的发展方向主要体现在技术集成化、产品多样化、功能复合化、结构微型化、环境友好等几个方面[6].近十年来，借助于原材料、工艺、设备、配方技术的协同发展，我国电介质陶瓷材料无论在产量和技术方面均发展迅速，与世界先进水平的差距在逐步缩小.随着企业对新材料领域研发创新工作重视程度的不断加强，在国家加强基础理论研究和产学研联合等政策的引导下，相信我国电介质陶瓷材料未来仍然可以保持蓬勃发展的势头，在不久的将来达到并赶超世界先进水平.【相关文献】[1] 曲远方.现代陶瓷材料及技术[M].上海：华东理工大学出版社，2008.[2] 梁力平，赖永雄,李基森.片式叠层陶瓷电容器的制造与材料[M].广州：暨南大学出版社，2008.[3] 强亮生,李文旭，宋英，等.陶瓷添加剂[M].北京：化学工业出版社，2011.[4] 裴先茹,高海荣.压电材料的研究和应用现状[J].安徽化工，2010,36(3):4-6.[5] 赵亚，李全禄，王胜利，等.无铅压电陶瓷的研究与应用进展[J].硅酸盐通报，2010,29(3):616-621.[6] 甘国友，严继康，张小文，等.电子陶瓷材料的现状与展望[J].昆明理工大学学报，2004,29(4):28-33.。
粉体动态煅烧技术的应用研究
2006年第3期 《中国粉体工业》
论文 选萃
c np ow de r.c o m .c n
粉体动态煅烧技术的应用研究
许文华，肖军，贾军，董辉
（中国建材集团咸阳陶瓷研究设计院 咸阳 71200 0）
[ 摘 要] 近年来，随着国内新型材料及粉体产业的高速发展，新型粉体材料的深加工在各行业当中都有了更多更高的要求。在原有的粉 体 静态 煅烧 技术 上， 开发 新型的 动态 加热 煅烧 技术 及装 备， 对粉 体材 料的 煅烧 品质 ，产 品反 应均 匀性 ，产 品的 煅烧 周期 ，能 耗等 ，都起 着 现实 而深 远的 意义。 回转 式粉 体加 热技 术就 是基 于这 样的 基础 上推 出而 运用 于目 前新 型粉 体材 料煅 烧的 一项 应用 技术 ，其 有效 的节 能 、煅 烧均 匀等 特点 已被 国内 诸多 企业 认可 和接 受。 [ 关键词] 粉体材料；回转式煅烧；动态加热技术及装备研制。
基于 以上因素，在选择设 计时，其结构及材质上都
1．加热系统
应 满足这些特点的要求，达到最大的通用性 。
炉膛结构：该炉型的核心为金属回转筒体，其作用
2. 1炉型的选择
是承载物料，并对物料进行加热。为使金属筒体获得持
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论文 选萃
c n p o w d e r.c o m .c n
《中国粉体工业》 2006 年第 3 期
至 在军事以及其它更广泛的领 域都能得到广泛应用。目
钛酸钡材料综述
钛酸钡材料综述1.引言钛酸钡铁电陶瓷是20世纪中叶发展起来的一种性能卓越的介电材料，即便其发展时间较短，但其具有卓越的压电性能、介电性能及热释电性等，使其一跃成为功能陶瓷领域内极为重要的组成部分，并且其作为电子陶瓷元器件的基础材料，推动了电子工业的发展。
近些年，全球电子工业发展迅速，其高性能、高精度、小型化的特点对主要原料提出了更高的要求，这无形中也对钛酸钡铁电陶瓷的发展也提出了较高要求[1]。
在实际生产中，要求钛酸钡铁电陶瓷粉体超细、超纯，并对主要原料掺杂改性技术方面不断完善。
2.钛酸钡铁电陶瓷的主要制备技术钛酸钡铁电陶瓷材料的常用制备方法有固相合成法、液相合成法两大类。
针对每个大类的合成方法下面还包含了诸多支路，其具体操作各具特色。
传统固相合成法是一种常用的合成方法，但是由于该方法年代久远，因此所制备的产物粉体纯净度较低，且回收颗粒物体积大、化学活性较差，所以当前工业上使用该方法生产钛酸钡粉效果较差。
尤其是在电子产业中，对元件性能要求高，需要可靠、固态化、多功能性、多层化等高要求的元件。
面对此趋势，经过改进后的液相合成法可以达到较好的效果，液相合成法包括凝胶法、化学沉淀法、水热合成法等。
由于这些方法合成温度要求低且其各组分是在分子水平合成的，所以该方法制备出来得纯钛酸钡粉产物具有结晶性好、组成均匀、粒径可控、无团聚、纯度极高等优势，可充分发挥元器件的电子性能。
以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4(98．0％)、硝酸钡Ba(N03)：(99．5％)和草酸H2C204(99．5％)为初始原料，在微波温度为80℃，微波时间为10 min，煅烧温度为700℃和煅烧时间为1 h的条件下制备一定量晶粒尺寸在30—50 nm的BaTiO，纳米粉放入研钵中，用浓度5％作为粘合剂的PVA溶液制造颗粒，再用80～120目的筛子对颗粒进行筛选。
每次称取0．35 g左右的样品放入模具中，在10 MPa 的压力下对粉体进行干压成型，最后对瓷坯进行排胶、烧结等后续处理。
探路材料学发展_深耕陶瓷功能材料——记深圳技术大学孔令兵教授
孔令兵
成功地解决了透明陶瓷无法快速烧结的难题。
近年来，基于数字化光处理(DLP)的光固化成型，作为陶瓷增材技术，代表了陶瓷制造的一个新方向。
孔令兵团队以氧化铝为例研究探讨了该技术在增材制造过程中几个关键工艺因素对成型缺陷和性能的影响情况，包括浆料中氧化铝固含量、脱脂过程中的加热气氛和加热速率。
陶瓷工艺的核心技术是粉体的质量。
氧化物陶瓷在国民生产及军工方面具有极大的需求量，尤其是用于激光透明陶瓷、义齿用氧化锆陶瓷及透明导电膜ITO靶材等的高端粉体，不可依赖进口。
未来，孔令兵教授研发的重点将放在各种陶瓷粉体的产业化研究与推广，目前已涉足的材料包括5G陶瓷滤波器粉体、陶瓷封装基板、各种用于镀膜的陶瓷靶材、透明陶瓷等。
他的科研故事已经开始，但精彩仍将继续......。
纳米陶瓷
纳米陶瓷前言纳米材料之所以在近几十年来受到世界各国多方面的广泛关注，其根本原因是人们在研究中发现，纳米材料存在小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应等基本特性。
这些特性使得纳米材料有着传统材料无法比拟的独特性能和极大的潜在应用价值。
由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性和强度都较差，因而使其应用受到了较大的限制。
随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。
目前，虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其优良的保温和高温力学性能，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等许多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻环境下起着其他材料不可替代的作用。
•利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响。
纳米陶瓷材料的结构与常规材料相比发生了很大变化，颗粒组元细小到纳米数量级，比表面积大幅度增加，可使材料的强度、韧性和超塑性等力学性能大为提高，并对材料的热学、光学、磁学、电学等性能产生重要的影响。
1、高强度纳米陶瓷材料在压制烧结后，其强度比普通陶瓷材料高出4~5倍，如在100℃下纳米TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm²，而普通陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm²。
2、高韧性纳米陶瓷由于其晶粒尺寸小至纳米级，在受力时可产生变形而表现出一定的韧性。
如室温下的纳米TiO2陶瓷表现出很高的韧性，压缩至原长度的1/4 仍不破碎。
3、超塑性纳米陶瓷在高温下具有类似与金属的超塑性，纳米TiO2 陶瓷在室温下就可发生塑性形变，在180℃下塑性形变可达100%。
4、烧结特性纳米陶瓷材料的烧结温度比传统陶瓷材料约低600℃，烧结过程也大大缩短。
12nm的TiO2粉体，不加任何烧结助剂，可在低于常规烧结温度400~600℃下进行烧结，同时陶瓷的致密化速率也迅速提高。
纳米陶瓷材料的应用与发展
纳米陶瓷材料的应用与发展新材料技术是介于基础科技与应用科技之间的应用性基础技术。
而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术，这部分技术是发展高技术武器的物质基础。
目前，世界范围内的军用新材料技术已有上万种，并以每年5％的速度递增，正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展。
常见的军用新材料技术：高级复合材料，先进陶瓷材料，高分子材料，非晶态材料，功能材料。
先进陶瓷材料是当前世界上发展最快的高技术材料，它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。
先进陶瓷材料主要有功能陶瓷材料和结构陶瓷材料两大类。
其中，在结构材料中，人们已经研制出氮化硅高温结构陶瓷，这种材料不仅克服了陶瓷的致命的脆弱性，而且具有很强的韧性、可塑性、耐磨性和抗冲击能力，与普通热燃气轮机相比，陶瓷热机的重量可减轻 30％，而功率则提高 30％，节约燃料 50％。
陶瓷是人类最早使用的材料之一, 在人类发展史上起着重要的作用。
但是, 由于传统的陶瓷材料脆性大, 韧性和强度较差、可靠性低, 使陶瓷材料的应用领域受到较大限制。
随着纳米技术的广泛应用, 纳米陶瓷随之产生。
所谓纳米陶瓷, 是指陶瓷材料的显微结构中, 晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是在纳米级的水平上。
纳米陶瓷复合材料通过有效的分散、复合而使异质纳米颗粒均匀弥散地保留于陶瓷基质结构中, 这大大改善了陶瓷材料的韧性、耐磨性和高温力学性能。
纳米陶瓷材料不仅能在低温条件象金属材料那样可任意弯曲而不产生裂纹, 而且能够象金属材料那样进行机械切削加工甚至可以做成陶瓷弹簧。
纳米陶瓷材料的这些优良力学性能, 使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等多方面得到广泛应用并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用。
纳米陶瓷在人工关节、人工骨、人工齿以及牙种植体、耳听骨修饰体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用前景。