电子材料工艺原理1

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1、第三章二元陶瓷相图第一节陶瓷的相成分多晶：由许多大小不同、取向不同的小晶粒集合而成的体系。多相：二个以上的相。相：体系里的某一部分具有完全相同的物理、化学性质且和体系中另一部分有明显的界面分开，这个均匀体称为相。一、陶瓷的相结构图1为陶瓷的相结构示意图。图1二、陶瓷各相的作用（一）晶相陶瓷主要由大小不同的单个晶体颗粒组合而成，晶粒的直径通常为微米～数十微米。晶体：组成物质的粒子(离子、原子)在空间按一定规律周期性排列而成的固体。晶相含量：装置瓷中含量较少，例如粘土瓷中晶相含量仅50%左右而玻璃相及气孔（气相）也占有50%。新型功能陶瓷中晶相含量占95%以上，个别可接近100%。

2、晶相结构：一般情况而言，不同化合物具有不同的晶相结构。同种化合物具有相同的晶相结构，但也有例外，即同种化合物有的也具有不同的晶相结构。晶相的作用：晶相对陶瓷的基本物理性能，介电性能起着主导作用。因此，晶相的性能就成为陶瓷的主要性能，晶粒的取向、大小及形状对陶瓷的性能也有重大影响。（二）玻璃相非晶体（也称无定形体），由空间排布得没有一定规律的微粒组成的固体。含量：装置瓷中较多，含35～60%；功能陶瓷中含量较少，甚至可以没有。结构：无定形的非晶态，空间排布无规律。作用：润湿、包裸于晶粒周围，粘连晶粒，填充气孔，降低烧结温度，抵制晶粒过分长大。（三）晶界与玻璃相的区别玻璃相是杂质和

3、低熔点物质的富集区，化学成份不同于主晶相，厚度一般为一个到几个微米。晶界是不同晶粒长大相遇的交界面，化学成份同于主晶相，厚几个埃到几百个埃，在半导瓷中晶界起着控制全局的作用。（四）气相指在烧结中没有排除干净而残存在陶瓷体中的气孔。含量：一般为0～10%。结构：存在于晶相和玻璃相中。作用：除多孔瓷（气敏、湿敏器件）需要之外，一般而言它是有害的，它使陶瓷的机械、电气、光学等性能变坏。第二节陶瓷相图的特点及意义一、特点（1）独立组元为氧化物或者其它无机化合物；（2）对硅酸盐多相系统而言，蒸气压极小，可以忽略；（3）相律F=C-P+n=C-P+1。二、相图意义（1）可查出某一陶瓷体系在

4、不同温度、组成下各相的组成、相数及相对含量；（2）提供合成制备陶瓷工艺的各种数据，如成份、比例和烧成温度；（3）分析产生质量问题的原因，寻找提高质量应采取的措施。图2给出了具有低共熔点的机械混合二元陶瓷相图。由图可知：（1）可以找到二种独立组元的熔点分别为TA、TB；（2）可以找到一定数量的，当第二组元引入后致使第一组元熔点下降的情况；（3）可以找到系统的最低共熔点E及其相关组成；（4）可以找到体系达到平衡时，某一组成的瓷体在某一温度之下将出现那些物相；（5）通过简单的杠杆法则，可以计算出不同温度时各种组成中，在平衡条件下各相的含量。图2具有低共熔点的机械混合二元陶瓷相图（三）

5、使用相图注意事项不同的书与资料中所涉及的同一系统相图可能有所差异，这主要是由于绘制高温复杂的相图受时代、设备、仪器等诸多条件的限制。第三节二元陶瓷相图二元概念：组成为二种不同的氧化物或其它无机化合物，根据相律F=C-P+1=3-P（其中C=2）。一、基本二元相图（一）机械混合型1、一般形式（具有低共熔点）（1）相区特点液相区：P=1F=2固液相区：P=2F=1固相区：P=2F=1低共熔点处：P=3F=0图3给出了机械混合型相图。这种A+B机械混合物称为共晶体，E点对应温度叫共晶温度，E点对应成份叫共晶成份。图3机械混合型相图（2）冷却析晶过程图4给出了冷却析晶过程，冷却析晶变化

6、途径的综合表达式为：Mt(熔体)L1[t1，A晶体开始从液相中析出]L2[t2，A晶体存在于液相中]E[TE共晶温度，B晶体开始从液相中析出]M[TE－Δt,晶体A+B,液相开始消失]MN[t

7、有稳定化合物的相图。AmBn熔化冷却L（液），图6有稳定化合物的相图3、生成不稳定化合物不稳定化合物的概念：化合物（AmBn）熔融时，不完全生成液相而是生成另一种固液共存相，这种化合物不稳定，在某一温度时发生分解。图7给出了有不稳定化合物的相图。图7有不稳定化合物的相图特点：图中TS—转熔或回吸温度，FTS—转熔线，F—回吸或转熔点，G—异质共存点，也称包晶点，其中有两种固相（B、AmBn）和一个液相共存。冷却析晶过程（冷却析晶变化途径的综合表达式）：Mt(熔体)L1[t1，晶体B开始析出]