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电子陶瓷材料的发展现状与趋势
摘要本文对电子陶瓷系统中的绝缘质、介电质、压电质与离子导体的现状进行了综合评述。指出了电子陶瓷材料及其生产工艺的研究动向和发展趋势。
关键词电子陶瓷,材料,研究和开发
1引言
电子陶瓷材料主要指具有电磁功能的一类功能陶瓷,它具有较大的禁带宽度,可以在很宽的范围内调节其介电性能和导电性能。它以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征,广泛应用于电子、通讯、自动控制等众多高科技领域[1]。
近年来,电子陶瓷的研究和开发十分引入注目,其新材料、新工艺和新器件已在诸多方面取得了成果。
2电子陶瓷材料研究现状及其应用前景
高导热、电绝缘陶瓷
、电绝缘陶瓷的研究现状
绝缘陶瓷又称装置瓷,它具有高电绝缘性、优异的高频特性、良好的导热性以及高化学稳定性和机械强度等特性。
AlN于1862年首次合成[2],20世纪50年代后期,随着非氧化物陶瓷受到重视,人们开始将AlN陶瓷作为一种新材料进行研究,侧重于将其作为结构材料应用。近10年来,AlN陶瓷的研究热点是提高热传导性能,应用对象是电路基板和封装材料。最新研究通过采用有效的烧结助剂如CaO和Y203生产出了高纯度、高热导率的AlN。
BeO陶瓷是一种高导热率、电绝缘性能良好的材料,它对微电子集成电路的发展作出了巨大的贡献,但因其有剧毒,已逐渐被停止使用[3]。
近30年来,由于人们的重视和工业应用的需要,高导热电绝缘陶瓷逐渐发展壮大,研究方向也有了一些变化,主要表现在:
(1) 新材料的开发。一方面,在原有材料的基础上开发新的材料,如在SiC中添加2%BeO,获得SiC-BeO高导热电绝缘材料,性能优于BeO[4];另一方面,独立开发新材料,正在开发中的有氮氧化硅(Si2ON2)、SiC纤维、氮化硅系列纤维等[5~6]。
(2) 除原料配方外,成形和烧成工艺研究也取得了较大的进展。1966年Bergmann和Barrington提出了陶瓷粉末的冲击波活化烧结新工艺的概念。在成形工艺上,20世纪90年代开发出两种泥浆原位凝固的成形工艺:凝胶浇注和直接凝聚浇注工艺。在国外的一些实验室已成功地利用这两种工艺制备出形状复杂的氧化铝、氮化硅、碳化硅等制品。
(3) 近年来,针对高导热电绝缘陶瓷制备成本高的问题,一些科技工作者着重研究如何降低制造成本,以期改变应用落后的现状。
、电绝缘陶瓷的应用前景
高导热、电绝缘陶瓷具备优良的综合性能,在多方面都有着广泛的应用前景,如高温结构材料、金属熔液的浴槽、电解槽衬里、熔融盐类容器、金属基复合材料增强体和主动装甲材料等。尤其是其导热性良好、电导率低、介电常数和介电损耗低等特性,使其成为高密度集成电路基板和封装的理想材料。同时也可用作电子器件的封装材料、散热片以及高温炉的发热件等。
介电陶瓷
钛酸钡陶瓷由于具有高介电常数、良好的铁电、介电及绝缘性能,主要用于制备电容器、多层基片、各种传感器等。钛酸钡粉体的制备方法很多,其中液相合成法因具有高纯、超细、均匀等优点而倍受青睐。美国主要以草酸盐法和其它化学合成法为主
[8~10];日本则主要采用350℃以下的水热法来合成[11];朱启