装置瓷中还有一类以氧化铍 (BeO)为代表的高热导瓷 。含 BeO95%的氧化铍瓷的室温导热率与金属相同 。氧化铍还具有良好的介电性、耐温度剧变性和很高的机械强度 。其缺点是BeO原料的毒性很大 , 瓷料烧成温度高 , 因而限制了它的应用 。氮化硼 (BN)瓷和氮化铝(AlN)瓷也属于高热导瓷 , 其导热性虽不及氧化铍瓷 , 但无毒 , 加工性能和介电性能均好 , 可供高频大功率晶体管和大规模集成电路中作散热及绝缘用 。
研制出一类以SiC为基料 , 掺入少量BeO等杂质的热压陶瓷 。这种陶瓷绝缘性能优良 , 热导率高于纯度为99%的氧化铍瓷 。它的热膨胀系数与硅单晶可在宽温度范围内接近一致 , 可望在功率耗散较大的大规模集成电路中得到应用 。
【电子碗是什么?】用作碳膜和金属膜电阻器基体的低碱长石瓷也是一类重要而价廉的装置瓷 , 但其介质损耗较大 , 不宜在高频下使用 。用作电容器介质的电子陶瓷 。这类陶瓷用量最大、规格品种也最多 。主要的有高频、低频电容器瓷和半导体电容器瓷 。
高频电容器瓷属于Ⅰ类电容器瓷 , 主要用于制造高频电路中的高稳定性陶瓷电容器和温度补偿电容器 。构成这类陶瓷的主要成分大多是碱土金属或稀土金属的钛酸盐和以钛酸盐为基的固溶体(表1) 。
电子陶瓷
选用不同的陶瓷成分可以获得不同介电常数、介质损耗角正切 tanδ和介电温度系数αε的高频电容器瓷料 , 用以满足各种温度补偿的需要 。表中的四钛酸钡瓷不仅是一种热稳定性高的电容器介质 , 而且还是一种优良的微波介质材料 。
低频电容器瓷属于Ⅱ类电容器瓷 , 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 。主要特点是介电常数ε 高 , 损耗角正切较大且tanδ及ε随温度的变化率较大 。这类陶瓷中应用最多的是以铁电钛酸钡(BaTiO3)为主成分 , 通过掺杂改性而得到的高ε(室温下可达20000)和ε的温度变化率低的瓷料 。以平缓相变型铁电体铌镁酸铅 (PbMg1/3Nb2/3O3)等为主成分的低温烧结型低频独石电容器瓷料 , 也是重要的低频电容器瓷 。
半导体电容器瓷利用半导体化的陶瓷外表面或晶粒间的内表面(晶界)上形成的绝缘层为电容器介质的电子陶瓷 。其中利用陶瓷晶界层的介电性质而制成的边界层电容器是一类新型的高性能、高可靠的电容器 , 它的介电损耗小、绝缘电阻及工作电压高 。半导体电容器瓷主要有BaTiO3及SrTiO3两大类 。在以BaTiO3、SrTiO3或二者的固溶体为主晶相的陶瓷中 , 加入少量主掺杂物(如Dy2O3等)和其他添加物 , 在特殊的气氛下烧成后 , 即可得到N型半导体陶瓷 。然后 , 再在表面上涂覆一层氧化物浆料(如CuO等) , 通过热处理使氧化物向陶瓷的晶界扩散 , 最终在半导体的所有晶粒之间形成一绝缘层 。这种陶瓷的视在介电常数极高(可达 105以上)、介质损耗小(小于1%)、体电阻率高(高于 1011欧·厘米)、介质色散频率高(高于1吉赫)、抗潮性好 , 是一种高性能、高稳定的电容器介质 。铁电陶瓷以铁电性晶体为主晶相的电子陶瓷 。已发现的铁电晶体不下千种 , 但作为铁电陶瓷主晶相的主要有钙钛矿或准钙钛矿型的铁电晶体或固溶体 。在一定的温度范围内晶体中存在着可随外加电场而转变方向的自发极化 , 这就是晶体的铁电性 。当温度超过某一临界值──居里温度TC时 , 其极化强度下降为零 , 晶体即失去铁电性 , 而成为一般的顺电晶体;与此同时 , 晶体发生铁电相到顺电相的相变 。铁电体的极化强度还随电场而剧烈变化(图1) 。
电子陶瓷
铁电体的重要微观特征是具有电畴结构 , 即铁电体具有许多沿特定方向自发极化到饱和的小区域──电畴 。这些取向不同的电畴以畴壁分开(图2a) 。在相当强的外电场作用下 , 这种多畴晶体可以被电场强迫取向而单畴化(图2b) 。这种电畴随外电场而反转取向的动力学过程 , 包括畴壁的运动过程以及新畴成核和成长的过程 。通过半导体化措施使陶瓷具有半导电性晶粒和绝缘性(或半导体性)晶界 , 从而呈现很强的界面势垒等半导体特性的电子陶瓷 。
陶瓷半导体化的方法主要有强制还原法和施主掺杂法(亦称原子价控法)两种 。两种方法都是在陶瓷的晶体中形成离子空位等缺陷 , 从而提供大量导电电子 , 使陶瓷中的晶粒成为某种类型(通常是 N型)的半导体 。而这些晶粒之间的间层为绝缘层或另一类型(P 型)的半导体层 。
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