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电子陶瓷
阅读:8045时间:2010-09-26 14:40:25

  电子陶瓷(electronic ceramic)在电子工业中能够利用电、磁性质的陶瓷。电子陶瓷是通过对表面、晶界和尺寸结构的精密控制而最终获得具有新功能的陶瓷。在能源、家用电器、汽车等方面可以广泛应用。

分类

  电子陶瓷按功能和用途可以分为五类:绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和离子陶瓷。

材料的特性

  在各种精密陶瓷中,以电子陶瓷的应用最多样,市场也最大,由於其优异的特性,且具有一些特殊的性能,如压电性、焦电性等,使它在电子工业上占有一个非常重要的地位,到底是哪些特性呢?分述如下:

  1. 具有范围极为宽广的电气特性:

  金属是导体,塑胶不导电是一般人耳熟能详的,但是陶瓷却具有极为宽广的电气特性,从一般的绝缘体,到半导体,导体、甚至超导体,都有不同的陶瓷具备此功能,且发展完整。例如朱经武博士所研究出的钇钡铜氧高温超导体就是陶瓷的一种。

  2. 无穷尽的资源

  地表上蕴藏量最多的元素,除了氧之外就是矽和铝,而这两种元素均为陶瓷化合物中的重要成分。因此陶瓷的原料来源可说是取之不尽用之不竭,对工业的大量生产上占一大优势。

  3. 特殊的物理性质

  (a).电性方面:

  部份的电子陶瓷具有压电性(piezoelectricity),焦电性(pyroelectricity),铁电性(ferroelectricity)等特殊性质,所谓压电性是在材料上加压後,产生电流的效应,反之亦然,焦电性则是加温後产生电流,具有铁电性会在移去电场後,存在自发的极化量,这些特殊的物性使得电子陶瓷得以制作许多特殊用途的元件。

  (b).光学方面:

  现今的陶瓷不但可以透光,而且具有许多意想不到的特性,如光的倍频效应,可以将入射光的频率加倍,也可利用III-V族化合物制造雷射。

  4.极佳的环境稳定性

  陶瓷具有相当优良的环境稳定性,比如抗酸抗硷,耐高温低温,耐磨耐压,因此可以应用在相当严苛的条件之下,扩大了应用的范围。

材料的应用

  由於电子陶瓷具有其独特且优异的特性,因此在电子工业上被大量的应用,以下就应用的类别,一一的做介绍:

  1. 绝缘陶瓷:

  这可以说是电子陶瓷最早发展的一支,在电路中作为绝缘之用。例如高压电塔上的绝缘碍子,在微电子系统中,主要是用来作为积体电路的基版的用途上,氧化铝是最常用的材料,由於具有比高分子更高的热传系数及更强的机械强度,在IC基版中占有重要地位。

  2. 介电陶瓷:

  介电陶瓷是电子陶瓷中产量最大的一支,主要用在制作电容器,传统的电容器包括了温度补偿型,高K型与半导型。由於目前电子元件追求小型化,因此将多层的电容做积层的串连,成为积层电容器,大量的以SMT(表面黏着技术)使用在印刷电路版上。而利用陶瓷介电性制成的高频共振元件,则运用在大哥大电话,卫星通讯等高频通讯的领域,在讲究个人通讯的今日,有无穷的潜力。介电陶瓷中的铁电陶瓷具有极高的介电系数与自发性极化,利用其高介电性,可以应用在高容量DRAM(动态随机记忆体)的制造中。例如1996年日本三菱公司发表以BST为基础的4Gb容量DRAM,具有极高的商业潜力,利用自发性极化,可以作为非挥发性记忆体,未来可能取代硬碟,成为大容量IC记忆体的新宠儿。

  3. 压电陶瓷:

  由於压电陶瓷具有机电转换的特性,利用它所制成的产品种类相当多,如瓦斯炉的点火器,扬声器,超音波震荡器,驱动器,超音波马达,都是运用机械能与电能的互换特性所制成。此外还可以制成压电变压器与滤波器,应用相当广泛,主要应用的材料是PZT,PMN-PT等材料。

  4. 焦电陶瓷:

  利用陶瓷的焦电特性,可以制成红外线侦测器,用以高温计、辐射计、警报系统、与热影像等用途上。

  5. 磁性陶瓷:

  简单的说,磁性陶瓷就是可以具有磁性的陶瓷。有磁性的物质很多,但是由於陶瓷所具有的磁性强度是别的材料所难以比拟的,因此大量的被用在制作电感或变压器的磁蕊,磁性记忆材料(如软硬碟或磁带上的涂膜),各种微波元件,与扬声器、马达等等。

  6. 电光陶瓷:

  电光陶瓷是指当改变加於其两端的电压时,可以控制通过他的光线的型态,例如PLZT,可以用来制作光调变器,或使光左右扫瞄的偏光器。

  7. 半导性陶瓷:

  虽然一般的陶瓷是绝缘体,但是经过适当的处理,也可以具有半导的性质,具有半导性的陶瓷可以有许多的用途,例如氧化锌与数种适当的添加物可以制成变阻器,由於它具有吸收突波的特性,可以用来保护电子元件,防止突波的破坏。有些半导性陶瓷的导电性因温度的不同变化很大,可以用来量测温度,以PTC(正温度系数)陶瓷做加热器具有自动控温的特能,如近来常见的陶瓷暖炉,就是一例。此外半导性陶瓷还可以做湿度或气体感测器,具有元件简单,但灵敏度高的特性。

  8. 超导陶瓷:

  所谓超导现象,是指在某一临界温度下物体电阻为零的现象。利用超导现象可以用来作为电力输送与超导磁铁之用,虽然许多物质在接近0K的温度都具有超导性,但陶瓷超导体的临界温度极高,在液态氮冷却的情况下就可以呈现超导现象,大幅降低冷却成本,是最具明星像的超导材料。

应用发展趋势

  具有更薄更小尺寸的片式压电陶瓷频率 元器件;频率更高的压电陶瓷谐振器;具有更高频率精度,更优异频率稳定性,可靠性更高的压电陶瓷频率元器件;具有优异的耐热性,能适用无铅回流焊需要的片式陶瓷频率元器件;不含或少含有毒、有害元素的片式压电陶瓷频率元器件的应用会受到关注。

  压电陶瓷换能器产生的超声波处理废水及有毒水。具有径向尺寸小、输出力矩大、可控性强等特点的超声电机;防盗、测高、汽车防撞、遥控开关和机器人测距离等超声传感器;伺服位移制动器、光学应变镜、应变光栅、超精密导向机构、切磨误差补偿制动器、油压伺服阀等应特别关注。

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