《介电材料》PPT课件

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1、第一章电介质陶瓷第一节电介质陶瓷电介质陶瓷是指电阻率大于108Ωm的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。按其在电场中的极化特性，可分为电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。随着材料科学的发展，在这类材料中又相继发现了压电、铁电和热释电等性能，因此电介质陶瓷作为功能陶瓷又在传感、电声和电光技术等领域得到广泛应用。电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，衡量其特性的主要参数是体积电阻率、介电常数和介电损耗。电容器一、电绝缘陶瓷电绝缘陶瓷又称装置瓷，有人又称它为电子工业用的结构陶瓷。主要用作集成电路基片，也用于电子设备中安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线

2、电零件和器件。装置瓷应具备以下性质：（1）高的体积电阻率（室温下大于1012Ωm）和高介电强度（>104kVm－1），以减少漏导损耗和承受较高的电压。（2）高频电场下的介电损耗要小（tanδ一般在2×10－4～9×10－3范围内）。介电损耗大，会造成材料发热，使整机温度升高，影响工作。另外，还可能造成一系列附加的衰减现象。（3）机械强度要高，因为装置瓷在使用时，一般都要承受较大的机械负荷。通常抗弯强度为45～300Mpa，抗压强度为400～2000Mpa。（4）良好的化学稳定性，能耐风化、耐水、耐化学腐蚀，不致性能老化。陶瓷基片陶瓷封装电子用陶瓷

3、零件电绝缘陶瓷材料按化学组成分为氧化物系和非氧化物系两大类。氧化物系主要有Al2O3和MgO等电绝缘陶瓷，非氧化物系主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、AlN等。大量应用的主要有以下几个多元系统陶瓷：BaO-Al2O3-SiO2系统；Al2O3-SiO2系统；MgO-Al2O3-SiO2系统；CaO-Al2O3-SiO2系统；ZrO2-Al2O3-SiO2系统。电绝缘陶瓷材料按瓷坯中主要矿物成分可分为钡长石瓷、高铝瓷、高硅瓷、莫来石瓷、滑石瓷、镁橄榄石瓷、硅灰石瓷及锆英石瓷等。在无线电设备中，电绝缘瓷主要用于高频绝缘子、插座、瓷轴、瓷条、瓷管、

4、基板、线圈骨架、波段开关片、瓷环等。陶瓷基片为绝缘陶瓷材料的主要研究方向，市场占有率也比较高。滑石瓷§1-2-1滑石瓷1、滑石的结构滑石瓷分子式：3MgO·4SiO2·H2O滑石矿为层状结构的镁硅酸盐，属单斜晶系，[SiO4]四面体联结成连续的六方平面网，活性氧离子朝向一边，每两个六方网状层的活性氧离子彼此相对，通过一层水镁氧层联结成复合层。复合层共价键离子键分子键2、滑石的相变120~200℃，脱去吸附水1000℃，脱去结构水，转变为偏硅酸镁1557℃，再次失去Si，生成镁橄榄石§1-2典型低介装置瓷呈单链状辉石结构，它有三种晶型：顽辉石原顽

5、辉石斜顽辉石偏硅酸镁原顽辉石是滑石瓷的主晶相，有少量斜顽辉石3、滑石瓷存在的问题及解决方案(1)老化(2)开裂(3)烧结温区过窄(1)老化（粉化）:老化原因：防老化措施：a.用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相变b.抑制晶粒生长c.去除游离石英§1-2典型低介装置瓷(2)开裂开裂原因：防开裂措施：a.1300~1350℃高温预烧b.热压铸成型§1-2典型低介装置瓷(3)烧结温区过窄MgO-Al2O3-SiO2系统的最低共熔点为1335℃，其组成为MgO(20%)、Al2O3(18.3%)、SiO2(61.4%)，与滑石瓷的组成非常接近，故滑石瓷在13

6、50℃左右开始出现液相，并随温度的升高，液相数量急剧增加，使胚体软化、变形、甚至报废。由于粉料经高温预烧后活性下降，烧结温度过低会出现生烧。因此滑石瓷的烧结温区一般为10~20℃。§1-2典型低介装置瓷扩大烧结温区的措施：扩展下限：a)、提高粉料的活性：粉料细化，降低预烧温度或采用一次配料成瓷；b)、加入助熔剂BaCO3：在800℃~950℃出现Ba-Al-Si玻璃，包裹偏硅酸镁晶粒促进烧结；扩展上限：a)、提高玻璃相黏度：b)、加入阻制剂ZrO2、ZnO，使Mg-Al-Si液相黏度大，胚体不易变形。§1-2典型低介装置瓷4、滑石瓷的用途滑石瓷便

7、宜，但热稳定性差，主要用于制造绝缘子线圈骨架波段开关管座电阻基体管座线圈骨架绝缘子§1-2典型低介装置瓷5、其他滑石类瓷简介(1)镁橄榄石瓷（MgO·SiO2）(2)堇青石瓷（2MgO·2Al2O3·5SiO2）§1-2典型低介装置瓷(1)镁橄榄石a、镁橄榄石瓷在高温、高频下介电性能优于滑石瓷；b、高温下，绝缘电阻高；c、热膨胀系数与Ti-Ag-Cu或Ti-Ni合金相匹配，有利于真空封接；d、可作金属膜电阻，碳膜电阻和绕线电阻的基体以及IC基片；e、线膨胀系数大，抗热冲击性能差；§1-2典型低介装置瓷(2)堇青石瓷a、线膨胀系数小，室温到800℃

8、：0.9~1.4×10-6/℃，陶瓷材料中最小。b、烧成温度范围很窄（几度）。c、材料中离子排列不够紧密，晶格内存在大的空隙，很难烧结。