2021年9月16-18日 广州保利世贸博览馆6号馆

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2021年9月16-18日 广州保利世贸博览馆6号馆
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先进陶瓷材料在消费电子领域中的应用
日期:2021-03-31    浏览次数:
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说到陶瓷,你脑中会不会第一时间想到高韧、高硬、高强?不过陶瓷的潜力并不止于此,许多陶瓷材料同时还具有极为宽广的电气特性,从绝缘体到半导体、导体、甚至超导体都不无可能。正因如此,陶瓷材料在电子工业被大量使用比如:用在开关电源、漏电保安器中的氧化锌压敏电阻器;前些年理疗方面应用非常广的周林频谱仪的发热元件;在蜂鸣器、家用加湿器中的氧化锌压电元件;电取暖器中的PTC陶瓷发热元件;开关变压器中的高频变压器的磁芯;现在流行的即热热水器中的发热元件等,可以说不胜枚举。

这部分可应用于电子技术中制备各种电子元器件的陶瓷材料被人们统称为“电子陶瓷”,除上述中提到的优点外,它们同时还具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等特点,能够很好地满足电子工业小型化、集成化的条件,因此电子陶瓷在5G时代很被看好,其研究和开发也越发受到重视。

 

用途上,电子陶瓷又可分为5 类:绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和离子陶瓷。这5 种电子陶瓷有各自的特性,也将用于不同的领域、起到不同的作用。


一、铁电陶瓷

 

铁电陶瓷是具有铁电性的陶瓷材料,在低于居里温度时具有自发极化性能。陶瓷中具有许多电畴,铁电陶瓷的重要特征是其极化强度与施加电压不成线性关系,具有明显的滞后效应。由于这类陶瓷的电性能在物理上与铁磁材料的磁性能相似,因而称为铁电陶瓷。不一定以铁作为其主要成分。

  

常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构,如钛酸钡陶瓷及其固溶体,也有钨青铜型、含铋层状化合物和烧绿石型等结构。目前通过固溶、离子代换和掺杂改性等获得实用的铁电氧化物陶瓷已达千种以上,可用于产生电容、压电、热敏、电致伸缩、电声、电光等效应,作为传感、驱动、存储、调制等器件的材料。

 


二、半导体陶瓷

半导体陶瓷是指具有半导体特性、电导率约在10-6105S/m的陶瓷。半导体陶瓷的电导率因外界条件(温度、光照、电场、气氛和温度等)的变化而发生显著的变化,因此可以将外界环境的物理量变化转变为电信号,制成各种用途的敏感元件,部分如下:

 

①热敏半导体陶瓷材料又称热敏电阻陶瓷,指电导率随温度呈明显变化的陶瓷。热敏陶瓷主要用于温度补偿、温度测量、温度控制、火灾探测、过热保护和彩色电视机消磁等方面。

②光敏半导体陶瓷材料指具有光电导或光生伏特效应的陶瓷。如硫化镉、碲化镉、砷化镓、磷化铟、锗酸铋等陶瓷或单晶。当光照射到它的表面时电导增加。主要用作自动控制的光开关和太阳能电池等。

 

③气敏半导体陶瓷材料指电导率随着所接触气体分子的种类不同而变化的陶瓷。如氧化锌、氧化锡、氧化铁、五氧化二钒、氧化锆、氧化镍和氧化钴等系统的陶瓷。主要用于对不同气体进行检漏、防灾报警及测量等方面。

 

④湿敏半导体陶瓷材料指电导率随湿度呈明显变化的陶瓷。如四氧化三铁、氧化钛、氧化钾-氧化铁、铬酸镁-氧化钛及氧化锌-氧化锂-氧化钒等系统的陶瓷。它们的电导率对水特别敏感,适宜用作湿度的测量和控制。


三、绝缘装置瓷

 

绝缘装置瓷又称电器绝缘陶瓷,一般具有高的体积电阻率和高的介电强度,以减少漏导损耗和承受高的电压,同时还具备机械强度高、化学稳定性良好等特性。典型的装置瓷有:

①镁质瓷:用于一般高频无线电设备中,如雷达、电视机常用它来制造绝缘零件。

 

②氧化铝瓷:最初用于汽车火花塞。火花塞工作环境极为恶劣,点火瞬间T上升至3000℃,压力高达4MPa,急冷急热,必须耐热冲击。还要保证绝缘性,耐高电压。机械性能好。

 

③莫来石瓷:是以莫来石和石英为主晶相的陶瓷,是应用最早的高频装置瓷。莫来石瓷的机械强度和电气性能较差,因此只用来作一般的高频装置零件;由于它具有表面的微细结构,可以作为沉积碳膜的基体,故仍被大量用来制作碳膜电阻的基体。

 


四、电容器瓷

顾名思义,电容器瓷就是用于制作电容器的陶瓷材料。主要可分为高频、低频电容器瓷和半导体电容器瓷。其中高频电容器瓷属于Ⅰ类电容器瓷;低频电容器瓷属于Ⅱ类电容器瓷。

低频电容器瓷特点是介电常数ε高,损耗角正切较大且tanδ及ε随温度的变化率较大,主要用于制造低频电路中的旁路、隔直流和滤波用的陶瓷电容器;半导体电容器瓷特点介电损耗小、绝缘电阻及工作电压高;高频电容器瓷主要用于制造高稳定性陶瓷电容器和温度补偿电容器。


五、离子陶瓷

 

离子陶瓷是指在一定条件(温度、压力)下具有电子(或空穴)电导或离子电导特性的陶瓷,主要包括阳离子导体陶瓷,主要包括银离子导体、钠离子导体、铜离子导体,锂离子导体等,以及阴离子导体陶瓷,主要包括氧离子导体,氟离子导体,它们的主要用途有:

 

①制作固体电解质电池,如锂碘、钠硫电池。锂碘电池用作心脏起搏器的电源,钠硫电池用作车辆的驱动能源或大电站的贮能装置。

②制作离子选择电极,如用氧化锆制作氧分析仪的探头,可直接测定熔融钢液中氧的浓度。β-氧化铝制作钠离子选择电极,可测定合金中的钠含量。此外,还可用来提纯金属钠或制备氢和氧等。

 

③制作压敏、气敏、湿敏等敏感元件及其他电化学器件。

 

④制作高温发热体或磁流体发电中的高温电极或导电材料等。


总结

 

总而言之,在21世纪,陶瓷和陶瓷粉体,已经成为战略型的工业产品,更是日常生活中不可或缺,且在通信、计算机、电子仪表、家用电器和数字电路技术等市场的带动下,电子陶瓷元器件的需求正稳步上升。不过电子陶瓷是一个巨大的细分领域,仅凭只言片语很难概括完全,最好的了解方式还是自己亲眼看看。

 

9月16-18日于广州保利世贸博览馆举办的“CAC2021广州先进陶瓷产业链展览会”上,将有多家涉及粉体原材料、陶瓷加工、检测分析设备及成品部件的先进陶瓷企业参与。值得一提的是,全球最大的消费电子展IFA的全球活动之一“广州国际电子消费品及家电品牌展(CEChina)”也将在同展馆同期举办,虽是无意中达成的“联动”,但对于观众来说确实是一个了解电子陶瓷及其产业化应用,把握市场机遇不可多得的机会。感兴趣的话,千万不要错过哦!

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