李　婷

(湖北武漢風(fēng)神化學(xué)品供應(yīng)公司　武漢　430055)

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令人關(guān)注的工業(yè)電子陶瓷材料及其應(yīng)用

李婷

(湖北武漢風(fēng)神化學(xué)品供應(yīng)公司武漢430055)

摘要電子陶瓷是指在電子工業(yè)中能夠利用電、磁性質(zhì)，通過對表面、晶界和尺寸結(jié)構(gòu)的精密控制而最終獲得具有新功能的陶瓷。由于陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特征，使之成為新材料的發(fā)展重點，受到廣泛關(guān)注。針對工業(yè)用電子陶瓷材料的性能特點，研究了工業(yè)用電子陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域，分析了工業(yè)用電子陶瓷材料的分類，介紹了電子陶瓷產(chǎn)業(yè)加速研發(fā)新材料態(tài)勢,同時指出了工業(yè)用電子陶瓷技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞電子陶瓷材料應(yīng)用發(fā)展趨勢

前言

材料是人類生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類進步與人類文明的標(biāo)志。隨著空間技術(shù)、光電技術(shù)、紅外技術(shù)、傳感技術(shù)、能源技術(shù)等的出現(xiàn)、發(fā)展，要求材料必須具有耐高溫、抗腐蝕、耐磨等優(yōu)異的性能，才能在比較苛刻的環(huán)境中使用。

傳統(tǒng)材料難以滿足要求，開發(fā)和有效利用高性能材料已經(jīng)成為材料科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。無機非金屬材料是三大材料之一，而陶瓷材料是無機非金屬材料的重要一員。由于陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特征，使之成為新材料的發(fā)展重點，受到廣泛關(guān)注。

1工業(yè)用電子陶瓷材料的性能特點

在電子工業(yè)中能夠利用電、磁性質(zhì)的陶瓷，稱為電子陶瓷。電子陶瓷是通過對表面、晶界和尺寸結(jié)構(gòu)的精密控制而最終獲得具有新功能的陶瓷。

電子陶瓷或稱電子工業(yè)用陶瓷，它在化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和機電性能上，均與一般的電力用陶瓷有著本質(zhì)的區(qū)別。這些區(qū)別是電子工業(yè)對電子陶瓷所提出的一系列特殊技術(shù)要求而形成的，其中最重要的是必須具有高的機械強度，耐高溫高濕，抗輻射，介質(zhì)常數(shù)在很寬的范圍內(nèi)變化，介質(zhì)損耗角正切值小，電容量溫度系數(shù)可以調(diào)整(或電容量變化率可調(diào)整)；抗電強度和絕緣電阻值高，以及抗老化性能優(yōu)異等。電子陶瓷是一類頗具靈性的材料，它們或能感知光線，或能區(qū)分氣味，或能儲存信息……。因此，它們具有多功能。它們在電、磁、聲、光、熱等方面具備的許多優(yōu)異性能令其他材料難以企及，有的功能陶瓷材料還是一材多能，而這些性質(zhì)的實現(xiàn)往往取決于其內(nèi)部的電子狀態(tài)或原子核結(jié)構(gòu)，又稱功能陶瓷。功能陶瓷材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、機械、化學(xué)或生物功能的介質(zhì)材料。功能陶瓷對電、磁、光、熱、化學(xué)、生物等現(xiàn)象或物理量有很強反應(yīng)，或能使上述某些現(xiàn)象或量值發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的陶瓷材料。

對某些電介質(zhì)施加機械力而引起它們內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移，產(chǎn)生極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。在一定應(yīng)力范圍內(nèi)，機械力與電荷呈線性可逆關(guān)系，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)或正壓電效應(yīng)。反之，如果把具有壓電效應(yīng)的介質(zhì)置于外電場中，由于電場的作用會引起介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心位移，而這一位移又使介質(zhì)發(fā)生形變。在一定電場強度范圍內(nèi)，電場強度與形變呈線性可逆關(guān)系，這種效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。

通過配料混合，高溫?zé)Y(jié)，粉粒之間發(fā)生固相反應(yīng)后無規(guī)則集合而成的具有壓電性的多晶體稱為壓電陶瓷。它具有壓電效應(yīng)；未經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷的自發(fā)極化隨機取向，故沒有壓電性。它存在的自發(fā)極化電疇在高壓直流電場下，依外電場方向擇優(yōu)取向重新排列并在撤消外電場后陶瓷體仍保留著一定的總體剩余極化，故使陶瓷體有了壓電性，成為壓電陶瓷。由于溫度的變化，熱釋電晶體和壓電陶瓷等會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的電荷中心相對位移，使它們的自發(fā)極化強度發(fā)生變化，從而在它們的兩端產(chǎn)生異號的束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。具有這種性質(zhì)的材料稱為熱釋電體。壓電陶瓷屬于熱釋電體。若不考慮溫度的不均勻性，熱釋電體一般具有一級和二級熱釋電效應(yīng)。其中二級熱釋電效應(yīng)是由于溫度變化引起材料形變，再由壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷的二級效應(yīng)。一般情況下，若溫度變化率相同，升降溫過程中產(chǎn)生的熱釋電電荷大小相等，但符號相反。壓電陶瓷通常由幾種氧化物或碳酸鹽在燒結(jié)過程中發(fā)生固相反應(yīng)而形成，其制造工藝與普通的電子陶瓷相似，燒結(jié)出來的陶瓷體是多晶體，其自發(fā)極化是紊亂取向的，主要成分是鐵電體，因此稱為鐵電陶瓷，但沒有壓電性能。對這樣的陶瓷體施加強的直流電場進行極化處理，原來混亂取向的自發(fā)極化就沿電場方向擇優(yōu)取向。去除電場后，陶瓷體仍保留著一定的總體剩余極化，遂使陶瓷體有了壓電性能。與壓電單晶材料相比，壓電陶瓷的特點是制造容易，可做成各種形狀；可任意選擇極化軸方向；易于改變瓷料的組分而得到具有各種性能的瓷料，其成本低，適于大量生產(chǎn)。

2工業(yè)用電子陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域

電子陶瓷廣泛用于制作電子功能的元件，多數(shù)以氧化物為主成分的燒結(jié)體材料。電子陶瓷的制造工藝與傳統(tǒng)的陶瓷工藝大致相同。利用陶瓷材料的高頻或超高頻和低頻電氣物理特性可制作各種不同形狀的固定零件、陶瓷電容器、電真空陶瓷零件、碳膜電阻基體等。

信息化是21世紀(jì)重要的時代特征,信息功能陶瓷材料已經(jīng)成為現(xiàn)代電子信息技術(shù)的重要基石,在能源、家用電器、汽車等方面可以廣泛應(yīng)用,尤其在通信、廣播、電視、雷達(dá)、儀器儀表等電子設(shè)備中是不可缺少的組成部分；另外,隨著激光、計算、集成、光學(xué)等新技術(shù)的發(fā)展,電子陶瓷的用途日益擴大。信息功能陶瓷以其高性能和應(yīng)用的廣泛性,日益成為許多新型電子元器件的重要關(guān)鍵基礎(chǔ)材料,在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中占有十分重要的戰(zhàn)略地位,目前應(yīng)用最廣的是電子信息領(lǐng)域。隨著電子信息產(chǎn)品進一步向小型化、集成化、寬帶化的方向發(fā)展，信息功能陶瓷的細(xì)晶化、電磁特性的高頻化、低溫共燒陶瓷技術(shù)等將成為發(fā)展新一代片式電子元器件的關(guān)鍵技術(shù)，導(dǎo)致一系列新型電子元件和模塊的出現(xiàn)。信息功能陶瓷作為一大類對電、磁、光、聲、熱、力等信息具有檢測、轉(zhuǎn)換、存儲、耦合和傳輸?shù)裙δ艿慕橘|(zhì)材料，廣泛應(yīng)用于電子信息、集成電路、計算機、自動控制、航空航天、海洋超聲、通信技術(shù)、汽車和能源等近代高新技術(shù)領(lǐng)域。時下，壓電陶瓷產(chǎn)品門類齊全，不僅廣泛應(yīng)用于軍事和工業(yè)領(lǐng)域，還滲透到了人們?nèi)粘Ｉ畹拿總€角落，其應(yīng)用領(lǐng)域主要涉及以下方面：

近幾年發(fā)展較快的有陶瓷諧振器、陶瓷濾波器，還有調(diào)諧音叉濾波器、機械濾波器、陶瓷鑒頻器、陷波器和延遲線。其中陶瓷諧振器、陶瓷濾波器產(chǎn)量已經(jīng)占我國壓電陶瓷產(chǎn)品的65%以上，相當(dāng)引人注目。特別是陶瓷諧振器具有高穩(wěn)定、無需調(diào)節(jié)、尺寸小和成本低等特點。典型的應(yīng)用有：電視機、攝錄像機、計算機、CD-ROM驅(qū)動器、汽車電器、VCD、電話機、復(fù)印機、語音合成器、遙控器和玩具等。壓電超聲換能器是發(fā)射和接收超聲波的聲學(xué)器件，在水和空氣介質(zhì)中廣泛應(yīng)用。其在水聲通信中起雷達(dá)的作用，被稱為聲吶，是各類艦船必不可少的重要傳感器。在工業(yè)中，超聲換能器已被用于超聲清洗、超聲精密加工、超聲加濕、超聲乳化、超聲種子處理、超聲探傷和超聲診斷等。當(dāng)今，壓電超聲換能器的另一廣泛應(yīng)用領(lǐng)域是遙測、遙控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)。壓電發(fā)聲器的典型產(chǎn)品是壓電蜂鳴器和壓電送、受話器、手表、計算器、電子鬧鐘、小型警鈴以及電話、手機的振鈴。計測和控制用壓電器件主要有壓力、加速度、角速度傳感器以及超聲測深、超聲測厚、超聲測流速、超聲診斷等。我國目前幾乎所有煤氣灶、浴室煤氣鍋爐、煤氣房間加熱器、煤氣熱水器和香煙打火機都用壓電點火器。壓電變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、變壓比高、機電轉(zhuǎn)換效率高、無電磁干擾和安全等優(yōu)點，故用于靜電除煙器、負(fù)離子發(fā)生器、靜電涂覆設(shè)備、靜電復(fù)印機、電場治療儀和液晶背光源等。

近些年來，集計算機、通信等電子于一體的數(shù)字3C產(chǎn)品近年來得到了快速發(fā)展，3C融合產(chǎn)品已成為今后重要的發(fā)展方向。據(jù)預(yù)測，3C融合將創(chuàng)造出一個高達(dá)4 000億美元的產(chǎn)業(yè)。3C產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，極大地推動著電子基礎(chǔ)產(chǎn)品和元器件的同步協(xié)調(diào)發(fā)展，也對電子元器件的基礎(chǔ)材料——信息功能陶瓷提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時也提供了良好的發(fā)展機遇。

我國的電子信息產(chǎn)業(yè)，特別是一些附加價值高、技術(shù)含量高的新型電子信息產(chǎn)品和一些基礎(chǔ)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)水平與發(fā)達(dá)國家相比仍存在很大差距，不少高端產(chǎn)品在相當(dāng)大的程度上被外資企業(yè)所控制。國外大公司如村田、松下、京都陶瓷、摩托羅拉等近年來長驅(qū)直入中國市場，目前已占據(jù)了國內(nèi)片式元器件特別是高檔片式元器件市場相當(dāng)大的份額。我國信息產(chǎn)業(yè)正面臨著產(chǎn)品升級換代的機遇和挑戰(zhàn)。隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，以信息技術(shù)為應(yīng)用領(lǐng)域的功能陶瓷成為新材料研究中十分活躍的領(lǐng)域。而其應(yīng)用領(lǐng)域正在從傳統(tǒng)的消費類電子產(chǎn)品轉(zhuǎn)向數(shù)字化的信息產(chǎn)品，包括通信設(shè)備、計算機和數(shù)字化音視頻設(shè)備等。數(shù)字技術(shù)對陶瓷元器件提出了一系列特殊的要求。為了滿足這些要求，世界各國的大學(xué)、研究機構(gòu)和企業(yè)都在新材料、新工藝、新產(chǎn)品方面投入巨資進行研究開發(fā)。目前最常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、三元系壓電陶瓷、透明鐵電陶瓷以及鈮酸鹽系陶瓷等。壓電陶瓷主要用于制造超聲、水聲、電聲換能器，陶瓷濾波器，陶瓷變壓器以及點火、引爆裝置。此外，還可用壓電陶瓷制作表面波器件、電光器件和熱釋電探測器等。電子陶瓷材料的發(fā)展，同物理化學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、硅酸鹽物理化學(xué)、固體物理學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、無線電電子學(xué)等的發(fā)展密切相關(guān)，它們相互促進，從而在電子技術(shù)的飛躍發(fā)展中，使電子陶瓷也相應(yīng)地取得了很大進展。

3工業(yè)用電子陶瓷材料的分類

電子陶瓷按功能和用途可以分為：絕緣裝置瓷、電容器瓷、鐵電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷和離子陶瓷。絕緣裝置瓷簡稱裝置瓷，具有優(yōu)良的電絕緣性能，用作電子設(shè)備和器件中的結(jié)構(gòu)件、基片和外殼等的電子陶瓷。電子陶瓷按特性可分為：高頻和超高頻絕緣陶瓷、高頻高介陶瓷、壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、光電陶瓷、電阻陶瓷等。按應(yīng)用范圍可分為：固定用陶瓷、電真空陶瓷、電容器陶瓷和電阻陶瓷。按微觀結(jié)構(gòu)可分為：多晶、單晶、多晶與玻璃相、單晶與玻璃相。

陶瓷基片材料在電子陶瓷中，絕緣體占有最重要位置。特別是高級集成電路用絕緣基片或封裝材料，可以采用尺寸精度為微米或微米以下的高純度致密氧化鋁燒結(jié)體。高純度致密氧化鋁具有金屬材料所不具備的絕緣性和高分子材料所不具備的導(dǎo)熱性。

壓電陶瓷由于是多晶材料，所以使用頻率受到限制。壓電元件可使電信號和機械信號相互轉(zhuǎn)換。一定形狀的壓電陶瓷元件主要由PbTiO3-PbZrO3系燒結(jié)而制成，即使是燒結(jié)體，通過極化也可獲得單晶所具有的壓電性。壓電元件主要應(yīng)用于火花塞和諧振器。諧振器起選擇性通過特定頻率電波濾器的作用，是電視(TV)、無線電等調(diào)諧電路不可缺少的元件。

鐵電陶瓷是以鐵電性晶體為主晶相的電子陶瓷。已發(fā)現(xiàn)的鐵電晶體不下千種，但作為鐵電陶瓷主晶相的主要有鈣鈦礦或準(zhǔn)鈣鈦礦型的鐵電晶體或固溶體。在一定的溫度范圍內(nèi)晶體中存在著可隨外加電場而轉(zhuǎn)變方向的自發(fā)極化，這就是晶體的鐵電性。當(dāng)溫度超過某一臨界值——居里溫度Tc時，其極化強度下降為零，晶體即失去鐵電性，而成為一般的順電晶體；與此同時，晶體發(fā)生鐵電相到順電相的相變。鐵電體的極化強度還隨電場而劇烈變化。

鐵電陶瓷功能多、用途廣，利用其壓電特性可以制成壓電器件，這是鐵電陶瓷的主要應(yīng)用，因而常把鐵電陶瓷稱為壓電陶瓷。利用鐵電陶瓷的熱釋電特性可以制成紅外探測器件，在測溫、控溫、遙測、遙感以至生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價值。典型的熱釋電陶瓷有鈦酸鉛(PbTiO3)等。利用透明鐵電陶瓷PLZT的強電光效應(yīng)，可以制成激光調(diào)制器、光電顯示器、光信息存儲器、光開關(guān)、光電傳感器、圖像存儲和顯示器，以及激光等新型器件。

在陶瓷中半導(dǎo)體是很多的，除了元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體外，很多種金屬的氧化物也具有半導(dǎo)體性質(zhì)，甚至還有有機高分子的半導(dǎo)體。而半導(dǎo)體陶瓷則是指采用陶瓷工藝成形的多晶陶瓷材料，它與單晶半導(dǎo)體不同，存在大量晶界，晶粒的半導(dǎo)體化也是在燒成工藝過程中完成的，因此有豐富的材料微結(jié)構(gòu)狀態(tài)和多樣的工藝條件，可以非常敏感地影響材料的性能，這為開辟陶瓷敏感材料的新領(lǐng)域提供了廣闊的天地。電阻隨溫度的變化而變化的性質(zhì)，可用于非線性電阻。負(fù)溫度系數(shù)非線性電阻隨溫度上升而電阻降低，具有一般的半導(dǎo)體特性。鐵系金屬的氧化物陶瓷，因為具有化學(xué)的和熱的穩(wěn)定性，所以可用于非線性電阻，在很寬的范圍內(nèi)控制溫度。與此相反，稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC熱敏電阻)的元件，用的是半導(dǎo)體化的BaTiO3陶瓷。這種陶瓷因為在相變溫度下電阻急劇增大，如果作為電阻加熱元件而應(yīng)用，則可在相變溫度附近自動控溫，是很方便的。除了半導(dǎo)體晶界層陶瓷電容器外，目前已出現(xiàn)的敏感材料的功能有熱敏、電壓敏、光敏、氣敏、濕敏等，其中下列幾種材料特別重要：

1)正溫度系數(shù)熱敏電阻材料(PTC)。這種材料的電阻和溫度關(guān)系，在低于居里溫度時呈現(xiàn)低阻抗，高于這一溫度時則呈現(xiàn)高阻抗，電阻變化是在居里溫度附近以陡變的方式實現(xiàn)的，組織變化的幅度可高達(dá)100～105倍。利用這種特性可以作為自控型發(fā)熱元件，還可用作對特定溫度敏感的元件，以及延時開關(guān)、過流保護、測溫等方面的元件，因此PTC陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。PTC熱敏陶瓷材料目前主要是鈦酸鋇，它的居里溫度為120 ℃，通過添加鍶、鉛、錫、鋯等氧化物可以大幅度改變其居里溫度。

2)負(fù)溫度系數(shù)電阻器材料。除了PTC熱敏電阻器外，另一類半導(dǎo)體熱敏陶瓷就是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏陶瓷電阻器，它的電阻對數(shù)值隨溫度升高而幾乎呈線形降低。這類材料有錳、銅、鐵、鈷等金屬的復(fù)雜氧化物組成，由于組織易于控制，隨溫度變化大，精度高，價格低，所以NTC熱敏電阻器在民用電器、汽車、通訊等設(shè)備上用得較多。

3)濕敏陶瓷由金屬氧化物組成，如SnO2、ZrO2基等。曾有人開發(fā)出使用鈣鈦礦型的陶瓷系列濕度傳感器。該系列中的某一組成表現(xiàn)出很強的濕敏效應(yīng)。濕敏的原理是基于半導(dǎo)體氧化物吸附水分后改變了表面導(dǎo)電性或電容性。濕度傳感器在電子、食品、紡織工業(yè)及各種空調(diào)設(shè)備、集成電路內(nèi)非破壞性濕度檢測等場合應(yīng)用十分廣泛。

4)壓敏陶瓷是一類應(yīng)用極為廣泛的敏感材料。利用材料的電流-電壓非線性特性，可用于制成電壓敏感器件，它的阻值不是恒定值，而是隨電壓增高到一定值時下降，所以也成為變阻器。這一特性特別適用于電子電路、電力系統(tǒng)及家電產(chǎn)品中的過壓保護，發(fā)展前景很好。目前，氧化鋅-氧化鉍系材料的應(yīng)用最為普遍。半導(dǎo)體陶瓷對環(huán)境氣氛往往具有選擇性的敏感特性。如氧化錫、氧化鋅、氧化鈦材料體系是若干碳?xì)浠衔锩舾性趸喯挡牧鲜菧y氧分壓最常用的敏感材料。其共同特征是通過有選擇地吸附氣體，使半導(dǎo)體的表面能態(tài)發(fā)生改變，從而引起電阻率的變化，確定某種未知氣體及其濃度范圍。

4電子陶瓷產(chǎn)業(yè)加速研發(fā)新材料

由于功能陶瓷材料近年來強大的市場需求和戰(zhàn)略地位，世界各國對功能陶瓷的研究與開發(fā)都給予了足夠的重視。美國、日本和西歐一些國家都將功能陶瓷作為關(guān)鍵技術(shù)，投入大量經(jīng)費進行研究和開發(fā)。從總體上看，美、日在功能陶瓷的研究方面居領(lǐng)先地位。功能陶瓷電子元件發(fā)展的重要趨勢是小型化、微型化、片式化、模塊化和集成化。這些趨勢向陶瓷材料科學(xué)和技術(shù)提出了一系列挑戰(zhàn)。因此，圍繞上述應(yīng)用目標(biāo)開展的功能陶瓷材料的研究及產(chǎn)業(yè)化目前十分活躍。早在20世紀(jì)80年代，人們就開始探索無源元件的集成化問題。但直到世紀(jì)之交，由于低溫共燒陶瓷等技術(shù)的突破才使無源集成技術(shù)進入了實用化和產(chǎn)業(yè)化階段，并成為備受關(guān)注的技術(shù)制高點。

我國的功能陶瓷材料及片式元器件產(chǎn)業(yè)化的總體水平落后于美日兩國，與一些歐洲國家相近。但在某些具體材料研究方面(如無源電子元件用低燒功能陶瓷材料、高性能細(xì)晶鐵電陶瓷材料等)，我國科學(xué)家的研究成果已處于國際領(lǐng)先水平。但在實際應(yīng)用、生產(chǎn)水平、工業(yè)化程度以及市場份額上與歐、美、日等發(fā)達(dá)國家仍然有相當(dāng)大的差距。

最近幾年在科技人員和企業(yè)的共同努力下，特別是在國家的重點扶持下，再加上外來資金的引入，中國功能陶瓷的基礎(chǔ)研究得到加強，企業(yè)結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，企業(yè)規(guī)模不斷擴大，從而使得中國的電子陶瓷市場不斷發(fā)展壯大。目前，我國已經(jīng)在功能陶瓷材料領(lǐng)域聚集了雄厚的隊伍和積累，處于厚積薄發(fā)的階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭很猛。在電子陶瓷及其片式電容、電感器、電阻器件、陶瓷基板、光導(dǎo)纖維及其陶瓷光線連接器、高溫超導(dǎo)陶瓷纖維等應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面進展都非常順利。現(xiàn)在，我國已經(jīng)能夠生產(chǎn)大多數(shù)的電子陶瓷，像IC基板、瓷介電容、電阻、電感、磁性材料、蜂鳴器、濾波器等壓電陶瓷無線電頻率元件已能大量生產(chǎn)，并且還占有一定的國際市場。但大部分產(chǎn)品的利潤并不很高，產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值都相對較低，而且目前世界上最先進的超高利潤的電子陶瓷產(chǎn)品我們沒有能夠占領(lǐng)市場，許多電子整機中的電子陶瓷元件仍需大量進口，如手機中使用的片式壓電陶瓷濾波器等，國內(nèi)市場很大，但全靠進口。因此，提升產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值，加大產(chǎn)品的利潤率是電子陶瓷發(fā)展的關(guān)鍵和目標(biāo)。只有在這些方面做得好的企業(yè)，才有可能在將來的電子陶瓷市場中獨領(lǐng)風(fēng)騷。

功能陶瓷在小型化和便攜式電子產(chǎn)品中占有十分重要的地位，隨著世界范圍經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整和轉(zhuǎn)移，我國的功能陶瓷材料和元件的市場正在迅速增長。發(fā)達(dá)國家電子整機生產(chǎn)逐漸向中國轉(zhuǎn)移，為我國功能陶瓷材料和相關(guān)電子元件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展機遇。世界各國元器件生產(chǎn)企業(yè)都在電子陶瓷及其元器件的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備方面投入巨資進行研究開發(fā)。高投入的研發(fā)使得電子陶瓷及元器件成為一個創(chuàng)新活躍、競爭激烈的領(lǐng)域，每年都有大量新型功能陶瓷材料及元器件問世。把握機遇，發(fā)展優(yōu)勢，提高我國信息功能陶瓷的產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，對發(fā)展我國電子信息產(chǎn)業(yè)等許多高科技產(chǎn)業(yè)具有重要的戰(zhàn)略意義。

5工業(yè)用電子陶瓷技術(shù)發(fā)展趨勢

電子陶瓷材料的發(fā)展，同物理化學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、硅酸鹽物理化學(xué)、固體物理學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、無線電電子學(xué)等的發(fā)展密切相關(guān)，它們相互促進，從而在電子技術(shù)的飛速發(fā)展中，使電子陶瓷也相應(yīng)地取得了很大進展。電子陶瓷元器件及相關(guān)材料的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下方面：

1)電子陶瓷元器小型化與微型化。隨著移動通信和衛(wèi)星通信的迅速發(fā)展，對器件小型化、微型化的要求越來越迫切，而電子元器件特別是大量使用的以電子陶瓷材料為基礎(chǔ)的各類無源元器件，是實現(xiàn)整機小型化、微型化的主要瓶頸。因此，小型化、微型化是目前元器件研究開發(fā)的一個重要目標(biāo)，市場需求也非常旺盛，表現(xiàn)出強勁的增長態(tài)勢。從技術(shù)方面看，MLCC正向著微型化、介質(zhì)薄層化、大容量、高可靠和電極賤金屬化(低成本)的方向發(fā)展。其他功能陶瓷元器件也正向著片式化和微型化方向發(fā)展，如多層壓電陶瓷變壓器、片式電感類器件、片式壓敏電阻、片式多層熱敏電阻等，這些片式化功能陶瓷元器件占據(jù)了當(dāng)前電子陶瓷無源元器件的主要市場。

2)集成化與模塊化。當(dāng)前,手機和筆記本電腦進一步向便捷式、多功能化、全數(shù)字化和高集成化及低成本方向發(fā)展,極大地推動了電子元器件的片式化、小型化和低成本及器件組合化、功能集成化的發(fā)展進程。以手機為例,目前每個手機中有250～300個無源電子元件,因此無源電子元件的小型化對手機產(chǎn)品的輕便化起決定性作用，這一需求極大地推動了無源電子陶瓷片式元件的小型化、集成化進程。為減小整機的尺寸，采用多元復(fù)合、集成化無源元件，提高安裝密度，將是一種最有效的途徑。因此，多層復(fù)合功能陶瓷及元器件正由分離式元件向復(fù)合化多元組件發(fā)展，并最終向無源器件的集成化趨勢發(fā)展。集成化功能陶瓷元器件是以低溫共燒陶瓷(LTCC)為平臺，采用多層陶瓷技術(shù)將電容、電感和電阻材料嵌入集成在低溫共燒陶瓷基板中，形成無源集成陶瓷器件。目前,基于LTCC技術(shù)的功能陶瓷集成器件已開始應(yīng)用于移動通信終端設(shè)備中，如片式多層LC濾波器、片式微帶濾波器、多層天線等已開始在手機中獲得應(yīng)用，而一些功能集成模塊如收發(fā)前端模塊、功率模塊和藍(lán)牙模塊等也已開發(fā)成功，并已在3G手機中得到推廣應(yīng)用。電子信息技術(shù)的集成化，微型化和智能化，推動電子元器件在組裝和運用方式上產(chǎn)生了新的變化，即插裝向表面組裝、模擬化向數(shù)字化、固定式向移動式、分離式向集成化轉(zhuǎn)變。因此,功能陶瓷元器件的多層化、多層元件片式化、片式元件集成化和多功能化成為發(fā)展的主流。片式電容、片式電感和片式電阻是應(yīng)用最為廣泛的三大無源元件，已經(jīng)發(fā)展成為規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)群。其他功能各異的片式電子元件如片式驅(qū)動器、片式變壓群、片式天線、片式傳感器及片式換能器等發(fā)展也十分迅速。

3)高頻化與頻率系列化。移動通信和遠(yuǎn)距離通信技術(shù)的快速發(fā)展，對微波陶瓷介質(zhì)材料及其微波諧振器，微波濾波器、微波電容器等提出了廣闊的市場需求。高頻化是數(shù)字3C產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。以模擬信號為主要特征的第一代移動通信所用的頻段在800～900 MHz之間，以數(shù)字信號為主要特征的第二代移動通信所用的頻段則在900 MHz和1.8 GHz左右，目前正在研究的第三代移動通信系統(tǒng)的頻率則在2 GHz左右。壓電陶瓷在超聲和水聲換能器、濾波器和點火器等領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用，隨著自動控制、機器人、空間技術(shù)、納米測量和控制技術(shù)的發(fā)展需求，壓電陶瓷微驅(qū)動器和超聲微馬達(dá)應(yīng)運而生，與傳統(tǒng)的電磁馬達(dá)相比，它具有低轉(zhuǎn)速、大力矩、高分辨、快響應(yīng)、抗磁干擾等諸多優(yōu)點。

對各類電子元器件中的陶瓷材料來說，如何適應(yīng)高的工作頻率是一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，尋找具有良好高頻特性以及系列化工作頻率的功能陶瓷材料，是目前新型電子元器件領(lǐng)域的研究熱點，微波介質(zhì)陶瓷材料及新型微波器件是其中重要的研究課題。微波介質(zhì)陶瓷指適合于微波應(yīng)用的低損耗、溫度穩(wěn)定的電介質(zhì)陶瓷材料，廣泛應(yīng)用于微波諧振器、濾波器、移相器、微波電容器以及微波基板等，是移動通信、衛(wèi)星通信、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、藍(lán)牙技術(shù)以及無線局域網(wǎng)(WLAN)等現(xiàn)代微波通信技術(shù)的關(guān)鍵材料。自上世紀(jì)80年代初微波介質(zhì)諧振器的實用化實現(xiàn)突破以來，已研究開發(fā)出了多種實用化微波介質(zhì)陶瓷材料，從而大大促進了現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展與普及。尋求高介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)、低頻率溫度系數(shù)仍然是當(dāng)前微波介質(zhì)陶瓷材料研究的重點。為適應(yīng)通信終端設(shè)備小型化和便攜化的發(fā)展需求，發(fā)展新型片式化微波器件，如片式濾波器、片式諧振器、片式天線等，已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。

4)無鉛化與環(huán)境協(xié)調(diào)性。壓電陶瓷均含有大量的鉛，制造過程會導(dǎo)致環(huán)境污染，為了減少污染，國內(nèi)外科研人員開展了無鉛系壓電陶瓷的研究，與含鉛系壓電陶瓷材料相比、無鉛系壓電陶瓷的性能明顯不同于含鉛壓電陶瓷，如無鉛系壓電陶瓷的居里點約高出200～300 ℃,介電常數(shù)僅為140～150,機械品質(zhì)因數(shù)高達(dá)4 000～7 000。但無鉛壓電陶瓷的機電耦合系數(shù)等性能遠(yuǎn)不如含鉛陶瓷,制造工藝難以控制,故無鉛壓電陶瓷僅在一些特定領(lǐng)域應(yīng)用。隨著環(huán)境保護和人類社會可持續(xù)發(fā)展的需求，研發(fā)新型環(huán)境友好型的鐵電壓電陶瓷已成為發(fā)達(dá)國家致力研發(fā)的熱點材料之一。2001年歐州議會通過了關(guān)于“電器和電子設(shè)備中限制有害物質(zhì)”的法令，并定于2008年實施，其中被限制使用的物質(zhì)就包括含鉛的壓電器件。作為重要的功能材料，壓電陶瓷在電子材料領(lǐng)域占據(jù)相當(dāng)大的比例。近幾年來，壓電陶瓷在全球每年的銷售量按15%左右的速度增長。目前所用的壓電陶瓷材料大多是基于鋯鈦酸鉛的含鉛材料體系，發(fā)展非鉛系的環(huán)境協(xié)調(diào)性的壓電鐵電陶瓷是一項緊迫且具有重大實用意義的課題。

近年來，由于便攜式、小型化、薄型化電子設(shè)備的發(fā)展，多層壓電陶瓷變壓器在液晶顯示背光電源應(yīng)用等方面顯示其獨特的優(yōu)勢，與線繞變壓器相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、高升壓比、小體積、短路時自動截止而不燒毀等特點，已成為壓電陶瓷新的應(yīng)用領(lǐng)域而備受關(guān)注。半導(dǎo)體敏感陶瓷作為熱敏、壓敏、氣敏等傳感器的重要材料持續(xù)發(fā)展，鐵電壓電陶瓷厚膜與薄膜材料在微電子機械和鐵電存儲器中的應(yīng)用一直引人注目，壓電微泵、微加速度計、微紅外陣列探測器、微相聲器、微開關(guān)以及薄膜微馬達(dá)等是壓電與微電子，鐵電與半導(dǎo)體集成的典型應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

6結(jié)語

面向21世紀(jì)我國信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，為建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型工業(yè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系，必須大力加強信息功能陶瓷及元器件的創(chuàng)新性研究和開發(fā)工作，整體提升我國材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和國際競爭力。從材料角度而言，實現(xiàn)小型化、微型化的根本在于提高陶瓷材料的性能和發(fā)展陶瓷納米晶技術(shù)和相關(guān)工藝，因此，發(fā)展高性能功能陶瓷材料及其先進制備技術(shù)是功能陶瓷的重要研究課題。實現(xiàn)陶瓷集成的關(guān)鍵在于發(fā)展性能優(yōu)異的低溫共燒陶瓷材料以及先進的異質(zhì)材料共燒技術(shù)，這已成為當(dāng)前信息功能陶瓷領(lǐng)域重要的研究方向。

參考文獻(xiàn)

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拋光磚滲花墨水?dāng)?shù)字印花解決方案推出

全球領(lǐng)先的工業(yè)噴印技術(shù)專業(yè)制造商英國賽爾公司，新近與廣東道氏技術(shù)股份有限公司合作，針對中國拋光磚市場推出了數(shù)字陶瓷印花解決方案。兩家公司一直在為應(yīng)用賽爾Xaar 1002 GS40和GS12噴印頭，共同努力優(yōu)化道氏公司的可溶鹽陶瓷滲花墨水產(chǎn)品，并確認(rèn)這些印墨已獲核準(zhǔn)。瓷磚生產(chǎn)廠家由此可以利用數(shù)字印花及賽爾的領(lǐng)先技術(shù)，來為諸如購物中心和政府建筑等人員集中繁忙場所的瓷磚裝飾，生產(chǎn)高光澤拋光瓷磚。

盡管大多數(shù)瓷磚生產(chǎn)廠家都已采用數(shù)字印花技術(shù)，但那些使用于人員行走踩踏較多的購物中心和政府建筑等公共場所高耐磨瓷磚的生產(chǎn)廠家，還沒有從賽爾的許多數(shù)字技術(shù)中獲益。與目前應(yīng)用在數(shù)字瓷磚印花、主要置留在瓷磚表面的碳?xì)淠煌滦涂扇茺}陶瓷滲花墨水會滲透到瓷磚體內(nèi)，瓷磚也就可以反復(fù)多次地拋光，從而適合使用在人員行走踩踏眾多的公共場所。

賽爾與道氏的最新合作研發(fā)是針對客戶需求而進行的。結(jié)合應(yīng)用Xaar 1002 GS40或GS12噴印頭與道氏可溶鹽陶瓷滲花墨水，高光澤拋光瓷磚生產(chǎn)廠家就具備了降低生產(chǎn)成本和浪費，減少在制品、成品庫存的有利條件，并能改善對客戶需求及設(shè)計變化的應(yīng)對舉措。而且，生產(chǎn)更高質(zhì)量的瓷磚，提供更逼真的大理石及其他自然材質(zhì)效果的產(chǎn)品，都將成為可能。此外，無需上釉也是一個額外的益處。

對賽爾來說，與道氏的合作是一個令人興奮的舉動。道氏技術(shù)是一家致力于研發(fā)的實力企業(yè)，特別注重研究、開發(fā)和生產(chǎn)新型無機非金屬上釉材料，包括釉料、色料、陶瓷墨水和添加材料。

道氏可溶鹽陶瓷滲花墨水現(xiàn)已被核準(zhǔn)應(yīng)用于賽爾Xaar 1002 GS40和GS12噴印頭。這二種噴印頭能夠按可溶鹽滲透技術(shù)要求進行大墨量噴印?！拔覀兊膰娪☆^在這方面是領(lǐng)先的”，賽爾亞太總經(jīng)理Bob Bobertz介紹說，“Xaar 1002 GS40和GS12噴印頭是理想的選擇，因為它們是設(shè)計用來為生產(chǎn)這種高光澤拋光瓷磚所需大墨量提供噴射覆蓋的。另外，賽爾噴印頭內(nèi)部獨特的‘真正內(nèi)循環(huán)專利技術(shù)(TF Technology)’，在可靠性方面無與倫比，對于所有陶瓷瓷磚生產(chǎn)應(yīng)用來說都是必不可少的”。

Concern Industrial Electronic Ceramic Materials and Their Application

Li Ting

(Wuhan Fengshen Chemical Supply Company,Wuhan,430055)

Abstract:Electronic ceramics in the electronics industry to take advantage of electricity, magnetic properties, through the surface, grain boundaries and precise control of size structure of the eventual ceramic with new features. Since ceramic materials have high strength, high hardness, corrosion resistance, high temperature and other characteristics, making the development of new materials center, attracted widespread attention. Electronic ceramic materials for industrial use performance characteristics of electronic ceramic materials for industrial applications, analysis of electronic ceramic materials for industrial use classification, introduced the electronic ceramics industry trend to accelerate development of new materials, noting that the electronic ceramics industry trends.

Key words:Electronic ceramic; Materials application; Development trends

中圖分類號：TQ174.75+6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1002-2872(2016)01-0020-07