介電陶瓷

介電陶瓷又稱電介質陶瓷。在電場作用下 具有極化能力，且能在體內長期建立 起電場的功能陶瓷。按用途和性能可 分為電絕緣、電容器、壓電、熱釋電和 鐵電陶瓷。具有絕緣電阻率高、介電常 數小、介電損耗小、導熱性能好、膨脹 係數小、熱穩定性和化學穩定性好等 特點。用於安裝、固定、保護電子元件， 作為載流導體的絕緣支撐及各種電路 基片用的陶瓷材料。

基本介紹

• 中文名：介電陶瓷
• 外文名：dielectric ceramics
• 特點：高強度、耐熱性、穩定性等
• 材料：氧化鋁、氧化鈹、碳化矽等
• 缺點：工藝較複雜，成本高，毒性大
• 學科：材料科學

介紹

介電陶瓷是一類主要利用陶瓷的介電性能以製作電容器及微波介質器件的電子陶瓷。

這類陶瓷的介電損耗低，機械強度高，已被廣泛套用於基板材料。氧化鈹最大的優點是導熱係數高，但製造工藝較複雜，成本高，毒性大，限制了它的使用。碳化矽的導熱性優於氧化鋁，有人採用熱壓方法，已製成高性能基板，工作到200℃左右時其性能仍能滿足實用要求，但是由於添加劑有毒性，同時熱壓燒結工藝複雜，限制了它的發展。2010年來氮化鋁基板引起國內外的普遍關注。現階段日本商品化生產氮化鋁的熱傳導率是目階段廣泛使用的氧化鋁瓷熱傳導率的10倍左右，其他電性能也和氧化鋁陶瓷大致相當，有希望成為超大規模積體電路的下一代優質基板材料。

主要材料有氧化 鋁、剛玉、莫來石、鎂橄欖石、氧化鎂、 氧化鋯、鋯英石、氮化硼、氮化鋁、氧 化鈹、鋰輝石及各種玻璃陶瓷等。以 AIN基板為例，體電阻率達10Ω· cm，介電常數（1MHZ）8～9，介電損 耗（1MHZ）<3×10，熱導率180～ 220w/m，熱膨脹係數（～400℃） 4.5 ×10/℃。套用廣泛。

性能參數

衡量介電陶瓷性能的主要電參數是ε、tan δ、ρ及E_j。作為電容器介質及微波介質使用時，要求ε應儘可能的高，ε隨溫度和濕度等環境條件以及隨電場頻率的變化應儘可能的小。同時，還要求tan δ應儘可能小，E_j應儘可能高。當然，這些要求一般不可能同時達到，在具體的使用中也不一定需要對這些介電參數同時提出高的要求。例如，用作低頻、低壓的濾波電容器介質，一般要求偏高的ε值，而對tan δ及ε的溫度變化率要求很低；用作高頻小容量的振盪迴路電容器介質，則對tan δ及ε的溫度、頻率變化率要求很嚴，而對ε及E_j的大小要求不高。在作為微波介質器件套用時，則要求有最低的tan δ，儘可能高的ε和儘可能小的溫度、頻率變化率。

介質材料種類

電容器陶瓷介質材料的品種極為繁多，有低頻的BaTiO₃系瓷料，高頻的MgTiO₃、CaTiO₃系瓷料，高壓大容量的SrTiO₃系瓷料，低頻高介獨石電容器用的Pb（Mg，Nb）O₃系瓷料等等。目前，國內外均已按ε值（從幾到幾千，甚至到幾萬）和ε的溫度係數（從負幾千到正幾百ppm，包括接近於零值的）將電容器瓷料予以系列化生產，以滿足不同的需要。

微波介質陶瓷的種類也不少。當前主要有（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（它們的ε均在30～40之間）以及BaO-Nd₂O₃-TiO₂、BaO-Sm₂O₃-TiO₂稀土混晶系（ε=70～90）等。所有上述物系均可製造出在幾千MHz下，Q（1/tanδ）值不低於3000，而ε溫度係數極低（可接近於零）的瓷料。微波介質陶瓷的主要用途是用作微波介質諧振器及微波積體電路基片等。

製備方法

常見的介電陶瓷的製備方法可分為固相法、液相法、氣相法等不同方法。試驗中常用到的主要有固相燒結法、溶膠凝膠法、水熱法和熔鹽法，此外還有微波水熱法，熱壓、等靜壓燒結等方法。

其中溶膠凝膠法是以金屬有機或無機化合物溶液為原料，經水解、縮合反應生成的溶液中顯示分散流動性的亞微米級超微粒溶膠，再將其與超微粒結合，形成外表層固化凝膠，再經過熱處理而製成氧化物或其它化合物固體的方法。20世紀80年代以來，溶膠凝膠技術在玻璃、微晶玻璃、納米材料、氧化塗層和功能陶瓷粉料，尤其是傳統方法難以製備的複合氧化物材料的合成上取得了成功地套用，已成為無機材料合成中的一種獨特方法。

水熱法是指在密封的壓力容器中，以水為溶劑，在溫度從100℃一400℃，壓力從大於0.1MPa直至幾十到幾百兆帕的條件下，使前驅物反應和結晶。即提供一個在常壓條件下無法得到的特殊的物理化學環境，使前驅物在反應系統中得到充分的溶解一形成原子或分子生長基元一成核結晶。水熱法製備出的納米晶，晶粒發育完整、粒度分布均勻、顆粒之間少團聚，原料較便宜，可以得到理想的化學計量組成材料，顆粒度可以控制，生產成本低。用水熱法製備的陶瓷粉體無需燒結，這就可以避免在燒結過程中晶粒會長大而且雜質容易混入等缺點。

熔鹽合成法是近代發展起來的一種無機材料合成方法。人們早期使用熔鹽法主要用於生長晶體。其主要原理是：將晶體的原成分在高溫下溶解於低熔點助熔劑的熔液內，形成均勻的飽和溶液，然後通過緩慢降溫或其它方法，形成過飽和溶液，從而使晶體析出。熔鹽法與其它現代合成方法比較，操作過程簡單，不需其它專用設備。