介电陶瓷

一种能在体内长期建立起电场的功能陶瓷

介电陶瓷又称电介质陶瓷。在电场作用下具有极化能力，且能在体内长期建立起电场的功能陶瓷。按用途和性能可分为电绝缘、电容器、压电、热释电和铁电陶瓷。具有绝缘电阻率高、介电常数小、介电损耗小、导热性能好、膨胀系数小、热稳定性和化学稳定性好等特点。用于安装、固定、保护电子元件，作为载流导体的绝缘支撑及各种电路基片用的陶瓷材料。

介绍

介电陶瓷是一类主要利用陶瓷的介电性能以制作电容器及微波介质器件的电子陶瓷。

这类陶瓷的介电损耗低，机械强度高，已被广泛应用于基板材料。氧化铍最大的优点是导热系数高，但制造工艺较复杂，成本高，毒性大，限制了它的使用。碳化硅的导热性优于氧化铝，有人采用热压方法，已制成高性能基板，工作到200℃左右时其性能仍能满足实用要求，但是由于添加剂有毒性，同时热压烧结工艺复杂，限制了它的发展。2010年来氮化铝基板引起国内外的普遍关注。现阶段日本商品化生产氮化铝的热传导率是目阶段广泛使用的氧化铝瓷热传导率的10倍左右，其他电性能也和氧化铝陶瓷大致相当，有希望成为超大规模集成电路的下一代优质基板材料。

主要材料有氧化铝、刚玉、莫来石、镁橄榄石、氧化镁、氧化锆、锆英石、氮化硼、氮化铝、氧化铍、锂辉石及各种玻璃陶瓷等。以 AIN基板为例，体电阻率达1013Ω· cm，介电常数（1MHZ）8～9，介电损耗（1MHZ）<3×10-4，热导率180～ 220w/m，热膨胀系数（～400℃） 4.5 ×106/℃。应用广泛。

性能参数

衡量介电陶瓷性能的主要电参数是ε、tan δ、ρ及Ej。作为电容器介质及微波介质使用时，要求ε应尽可能的高，ε随温度和湿度等环境条件以及随电场频率的变化应尽可能的小。同时，还要求tan δ应尽可能小，Ej应尽可能高。当然，这些要求一般不可能同时达到，在具体的使用中也不一定需要对这些介电参数同时提出高的要求。例如，用作低频、低压的滤波电容器介质，一般要求偏高的ε值，而对tan δ及ε的温度变化率要求很低；用作高频小容量的振荡回路电容器介质，则对tan δ及ε的温度、频率变化率要求很严，而对ε及Ej的大小要求不高。在作为微波介质器件应用时，则要求有最低的tan δ，尽可能高的ε和尽可能小的温度、频率变化率。

介质材料种类

电容器陶瓷介质材料的品种极为繁多，有低频的BaTiO3系瓷料，高频的MgTiO3、CaTiO3系瓷料，高压大容量的SrTiO3系瓷料，低频高介独石电容器用的Pb（Mg，Nb）O3系瓷料等等。目前，国内外均已按ε值（从几到几千，甚至到几万）和ε的温度系数（从负几千到正几百ppm，包括接近于零值的）将电容器瓷料予以系列化生产，以满足不同的需要。

微波介质陶瓷的种类也不少。当前主要有（Mg，Ca）TiO3系（ε≃20）和BaO·4TiO2系、2BaO·TiO2系、Pb（Mg，Nb）O3系、Pb（Zn，Nb）O3系、Ba（Zn，Nb）O3系、Ba （Sr ，Ta）O3系（它们的ε均在30～40之间）以及BaO-Nd2O3-TiO2、BaO-Sm2O3-TiO2稀土混晶系（ε=70～90）等。所有上述物系均可制造出在几千MHz下，Q（1/tanδ）值不低于3000，而ε温度系数极低（可接近于零）的瓷料。微波介质陶瓷的主要用途是用作微波介质谐振器及微波集成电路基片等。

制备方法

常见的介电陶瓷的制备方法可分为固相法、液相法、气相法等不同方法。试验中常用到的主要有固相烧结法、溶胶凝胶法、水热法和熔盐法，此外还有微波水热法，热压、等静压烧结等方法。

其中溶胶凝胶法是以金属有机或无机化合物溶液为原料，经水解、缩合反应生成的溶液中显示分散流动性的亚微米级超微粒溶胶，再将其与超微粒结合，形成外表层固化凝胶，再经过热处理而制成氧化物或其它化合物固体的方法。20世纪80年代以来，溶胶凝胶技术在玻璃、微晶玻璃、纳米材料、氧化涂层和功能陶瓷粉料，尤其是传统方法难以制备的复合氧化物材料的合成上取得了成功地应用，已成为无机材料合成中的一种独特方法。

水热法是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在温度从100℃一400℃，压力从大于0.1MPa直至几十到几百兆帕的条件下，使前驱物反应和结晶。即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一形成原子或分子生长基元一成核结晶。水热法制备出的纳米晶，晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚，原料较便宜，可以得到理想的化学计量组成材料，颗粒度可以控制，生产成本低。用水热法制备的陶瓷粉体无需烧结，这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。

熔盐合成法是近代发展起来的一种无机材料合成方法。人们早期使用熔盐法主要用于生长晶体。其主要原理是：将晶体的原成分在高温下溶解于低熔点助熔剂的熔液内，形成均匀的饱和溶液，然后通过缓慢降温或其它方法，形成过饱和溶液，从而使晶体析出。熔盐法与其它现代合成方法比较，操作过程简单，不需其它专用设备。

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