第2章__無機介電材料與應(yīng)用

1、第二章第二章 無機介電材料無機介電材料- -電介質(zhì)陶瓷電介質(zhì)陶瓷一、一、 概概 述述二、二、 滑石瓷滑石瓷三、三、 氧化鋁瓷氧化鋁瓷 電介質(zhì)陶瓷簡介電介質(zhì)陶瓷簡介從電性能角度分（電阻率）：從電性能角度分（電阻率）： 固體材料可分為超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體（自查資料作業(yè)：各自的電阻率界限是多少？各寫出三個物質(zhì)名稱）。絕緣體材料亦稱電介質(zhì)。電介質(zhì)陶瓷即是電阻率大于108m的陶瓷材料，能承受較強的電場而不被擊穿。一、概述一、概述1.定義定義 從應(yīng)用角度說，也叫電絕緣瓷，是指其具有較低的介從應(yīng)用角度說，也叫電絕緣瓷，是指其具有較低的介電常數(shù)，從而產(chǎn)生較小的介電損耗的陶瓷。電常數(shù)，從而產(chǎn)生較小的介電

2、損耗的陶瓷。2.低介裝置瓷的性能低介裝置瓷的性能 （1）高體積電阻率）高體積電阻率 （2）低介電常數(shù)）低介電常數(shù) （3）低介電損耗）低介電損耗 （4）具有一定的機械強度）具有一定的機械強度第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷3. 陶瓷組成對電性能的影響陶瓷組成對電性能的影響 陶瓷材料是晶相、玻璃相和氣相晶相、玻璃相和氣相組成的多元系統(tǒng)，其電學(xué)性能電學(xué)性能主要取決于晶相和玻璃相晶相和玻璃相。 陶瓷的陶瓷的介電損耗和電絕緣性介電損耗和電絕緣性主要受主要受玻璃相玻璃相影響影響。正常溫度燒結(jié)的Al2O3陶瓷斷口形貌 第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷TiBeAii電導(dǎo)率：（1

3、）（電導(dǎo)活化能）（電導(dǎo)活化能B）本征離子導(dǎo)電）本征離子導(dǎo)電雜質(zhì)離子導(dǎo)電雜質(zhì)離子導(dǎo)電玻璃離玻璃離子導(dǎo)電。子導(dǎo)電。（2）從離子的半徑及電價來看，低價小體積的堿金屬陽離子）從離子的半徑及電價來看，低價小體積的堿金屬陽離子的電導(dǎo)活化能小，而高價大體積的金屬陽離子的電導(dǎo)活化能的電導(dǎo)活化能小，而高價大體積的金屬陽離子的電導(dǎo)活化能大。大。 屬離子導(dǎo)電，離子導(dǎo)電包括本征離子導(dǎo)電，雜質(zhì)離子導(dǎo)電屬離子導(dǎo)電，離子導(dǎo)電包括本征離子導(dǎo)電，雜質(zhì)離子導(dǎo)電和玻璃離子導(dǎo)電。和玻璃離子導(dǎo)電。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷（1 1）選擇體積電阻率高的晶體材料為主晶相。）選擇體積電阻率高的晶體材料為主晶相。（2 2）嚴(yán)格控制配方，

4、避免雜質(zhì)離子，尤其是堿金屬和堿土金屬離子的引）嚴(yán)格控制配方，避免雜質(zhì)離子，尤其是堿金屬和堿土金屬離子的引入，在必須引入金屬離子時，充分利用中和效應(yīng)和壓抑效應(yīng)，以降低材料入，在必須引入金屬離子時，充分利用中和效應(yīng)和壓抑效應(yīng)，以降低材料中玻璃相的電導(dǎo)率。中玻璃相的電導(dǎo)率。（3 3）由于玻璃的導(dǎo)電活化能小，因此應(yīng)盡量控制玻璃相的數(shù)量，甚至達）由于玻璃的導(dǎo)電活化能小，因此應(yīng)盡量控制玻璃相的數(shù)量，甚至達到無玻璃相燒結(jié)。到無玻璃相燒結(jié)。（4 4）避免引入變價金屬離子，如鈦、鐵、鈷等離子，以免產(chǎn)生自由電子）避免引入變價金屬離子，如鈦、鐵、鈷等離子，以免產(chǎn)生自由電子和空穴，引起電子式導(dǎo)電，使電性能惡化。和空穴

5、，引起電子式導(dǎo)電，使電性能惡化。（5 5）嚴(yán)格控制溫度和氣氛，以免產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)而出現(xiàn)自由電子和空）嚴(yán)格控制溫度和氣氛，以免產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)而出現(xiàn)自由電子和空穴。穴。（6 6）當(dāng)材料中引進產(chǎn)生自由電子（或空穴）的離子時，可引進另一種產(chǎn)）當(dāng)材料中引進產(chǎn)生自由電子（或空穴）的離子時，可引進另一種產(chǎn)生空穴（或自由電子）的不等價雜質(zhì)離子，以消除自由電子和空穴，提高生空穴（或自由電子）的不等價雜質(zhì)離子，以消除自由電子和空穴，提高體積電阻率這種方法稱作雜質(zhì)補償。體積電阻率這種方法稱作雜質(zhì)補償。 5.高體積電阻率材料的工藝控制高體積電阻率材料的工藝控制絕緣材料的體積電阻率是指試樣體積電流方向的直流電場強度

6、與該處電流密度之比值。EV/jv(cm),式中，EV為直流電場強度，jv為電流密度。95氧化鋁陶瓷是一種優(yōu)良的電子絕緣材料，體積電阻率很高，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T55931999中規(guī)定，100時，11013cm；300時，11010cm；500時，1108cm。實際上，目前我國生產(chǎn)的95瓷的體積電阻率比上述規(guī)定要高12個數(shù)量級。測試體積電阻的儀器通常采用高阻計第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷6.低介電損耗材料的工藝控制低介電損耗材料的工藝控制（1 1）選擇合適的主晶相。根據(jù)要求盡量選擇結(jié)構(gòu)緊密的晶體作為主晶相。）選擇合適的主晶相。根據(jù)要求盡量選擇結(jié)構(gòu)緊密的晶體作為主晶相。（2 2）在改善主晶相性質(zhì)時

7、，盡量避免產(chǎn)生缺位固溶體或填隙固溶體，最）在改善主晶相性質(zhì)時，盡量避免產(chǎn)生缺位固溶體或填隙固溶體，最好形成連續(xù)固溶體。這樣使填隙離子少，可避免損耗顯著增大。好形成連續(xù)固溶體。這樣使填隙離子少，可避免損耗顯著增大。（3 3） 盡量減少玻璃相含量。如果為了改善工藝性能引入較多玻璃相時，盡量減少玻璃相含量。如果為了改善工藝性能引入較多玻璃相時，應(yīng)采用中和效應(yīng)和壓抑效應(yīng)，以降低玻璃相的損耗。應(yīng)采用中和效應(yīng)和壓抑效應(yīng)，以降低玻璃相的損耗。 （4 4）防止產(chǎn)生多晶轉(zhuǎn)換，因為多晶轉(zhuǎn)變時晶格缺陷多，電性能下降，損）防止產(chǎn)生多晶轉(zhuǎn)換，因為多晶轉(zhuǎn)變時晶格缺陷多，電性能下降，損耗增加。如滑石轉(zhuǎn)變?yōu)樵B輝石時析出游離

8、石英。耗增加。如滑石轉(zhuǎn)變?yōu)樵B輝石時析出游離石英。 （5 5）注意燒結(jié)氣氛，尤其對含有變價離子的陶瓷的燒結(jié)。）注意燒結(jié)氣氛，尤其對含有變價離子的陶瓷的燒結(jié)。 （6 6）控制好最終燒結(jié)溫度，使產(chǎn)品）控制好最終燒結(jié)溫度，使產(chǎn)品“正燒正燒”，防止，防止“生燒生燒和和”過燒過燒”，以減少氣孔率，避免氣體電離損耗。以減少氣孔率，避免氣體電離損耗。 國標(biāo)規(guī)定測試頻率為國標(biāo)規(guī)定測試頻率為1MHz時，時，95氧化鋁陶瓷的介電氧化鋁陶瓷的介電常數(shù)常數(shù)910之間。之間。 介質(zhì)損耗的大小用介質(zhì)損耗角的正切值來表示。國家標(biāo)介質(zhì)損耗的大小用介質(zhì)損耗角的正切值來表示。國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)GB/T55931999規(guī)定，頻率為規(guī)定，頻

9、率為1MHz時，時，95%氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷要求達到要求達到410-4。 第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷7.低介裝置瓷的應(yīng)用及未來低介裝置瓷的應(yīng)用及未來第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷7.低介裝置瓷的應(yīng)用及未來低介裝置瓷的應(yīng)用及未來二、滑石瓷（二、滑石瓷（Steatite Ceramics ）1.簡介簡介 鎂質(zhì)瓷是以含鎂質(zhì)瓷是以含MgO的鋁硅酸鹽為主晶相的陶瓷。按照的鋁硅酸鹽為主晶相的陶瓷。按照瓷坯的主晶相不同，它可分為以下四類：原頑輝石瓷（即滑瓷坯的主晶相不同，它可分為以下四類：原頑輝石瓷（即滑石瓷）、鎂橄欖石瓷、尖晶石瓷及堇青石瓷；石瓷）、鎂橄欖石瓷、尖晶石瓷及堇青石瓷；它們都屬于它們

10、都屬于MgOAl2O3SiO2三元系統(tǒng)。三元系統(tǒng)。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷二、滑石瓷（二、滑石瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷圖2-1 MgOAl2O3SiO2系化合物和陶瓷的成分 、熔點分解熔融溫度第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷（1）組成：滑石瓷的主晶相為原頑輝石，其微細均勻地分）組成：滑石瓷的主晶相為原頑輝石，其微細均勻地分散在玻璃相中，由于玻璃相的包圍，阻止了微細的原頑輝散在玻璃相中，由于玻璃相的包圍，阻止了微細的原頑輝石向斜頑輝石的轉(zhuǎn)變。在滑石瓷的玻璃相中很少有介質(zhì)損石向斜頑輝石的轉(zhuǎn)變。在滑石瓷的玻璃相中很少有介質(zhì)損耗大的堿金屬離子，

11、并利用壓抑效應(yīng)引入耗大的堿金屬離子，并利用壓抑效應(yīng)引入Ba2+、Ca2+等離子，等離子，減少電導(dǎo)和損耗。減少電導(dǎo)和損耗。（2 2）性能：強度高，介電損耗小，熱穩(wěn)定性差。是重要的）性能：強度高，介電損耗小，熱穩(wěn)定性差。是重要的高頻裝置瓷之一，其機電性能介于氧化鋁瓷與普通瓷器之高頻裝置瓷之一，其機電性能介于氧化鋁瓷與普通瓷器之間。間。（3 3）結(jié)構(gòu)：滑石為層狀結(jié)構(gòu)，滑石粉為片狀，有滑膩感，）結(jié)構(gòu)：滑石為層狀結(jié)構(gòu)，滑石粉為片狀，有滑膩感，易擠壓成型，燒結(jié)后尺寸精度較高，制品易進行研磨加工，易擠壓成型，燒結(jié)后尺寸精度較高，制品易進行研磨加工，價格低廉。價格低廉。 2.滑石瓷特性滑石瓷特性3.滑石瓷化學(xué)

12、組成及配方滑石瓷化學(xué)組成及配方第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷表1 滑石瓷的化學(xué)組成第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷4.滑石瓷中外加原料的作用滑石瓷中外加原料的作用第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷改善滑石瓷的電性能；加入少量CaCO3、SrCO3及BaCO3均能改善滑石瓷的電性能，其中BaO的效果最顯著它能提高瓷件的體積電阻率兩個數(shù)量級，使tg降低45910。SrO次之，CaO最差。 增加可塑性及降低燒結(jié)溫度，不易過多，一般為510%。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷降低燒結(jié)溫度；由于堿土金屬氧化物與滑石、粘土及其它雜質(zhì)生成低共融物，因此能降低燒結(jié)溫度，但含量高時又會縮小燒結(jié)范圍，其中CaO最

13、嚴(yán)重，SrO及BaO稍好。CaO還會導(dǎo)致晶粒粗大，促使瓷坯老化。因此在配方中CaO的含量要少。此外，BaCO3還能防止瓷件的老化。但加入量以510為宜，超過10會降低玻璃粘度，縮小燒結(jié)范圍。 MgO的加入可去除游離的石英，降低介電損耗，提高電性能； MgO可進入玻璃相，降低燒結(jié)溫度，適量MgO可以擴大燒結(jié)范圍； MgO的加入量小于 8，超過10時，就可能生成鎂橄欖石（2MgOSiO2）。不僅提高了燒結(jié)溫度，還增加了線膨脹系數(shù)，降低了熱穩(wěn)定性。 MgO的引入形式一般為未經(jīng)預(yù)燒的 MgC O3及菱鎂礦。 第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷 Al2O3與游離石英化合生成性能優(yōu)良的硅線石（Al2O3Si

14、O2）； Al2O3還能與SiO2一同轉(zhuǎn)入玻璃相中，除去SiO2而不降低燒結(jié)溫度，可防止瓷坯老化，改善并穩(wěn)定瓷的介電性能； Al2O3會顯著降低滑石瓷的抗折強度。 Al2O3的一般用量為13。加入量過多，會生成介電性能很差的堇青石。此外，當(dāng)以工業(yè)氧化鋁形式引入時，要注意混合均勻。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷 硼酸鹽是強的助熔劑，能大幅度降低燒結(jié)溫度，但降低玻璃粘度亦大。如:在配方中加入2的焦硼酸鋇（BaO2B2O3），燒成范圍只有1015。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷擴大材料的燒結(jié)范圍和提高材料的機械強度。擴大材料的燒結(jié)范圍和提高材料的機械強度。 原因：原因：提高玻璃相的粘度，擴大燒結(jié)

15、范圍。提高玻璃相的粘度，擴大燒結(jié)范圍。 高粘度的玻璃相，能抑制品粒長大，形高粘度的玻璃相，能抑制品粒長大，形成細晶結(jié)構(gòu)，從而提高了機械強度。成細晶結(jié)構(gòu)，從而提高了機械強度。 用量：用量：一般不超過一般不超過4。如果量過多，將會出現(xiàn)。如果量過多，將會出現(xiàn)第二晶相，增加了結(jié)構(gòu)的不均勻性，降第二晶相，增加了結(jié)構(gòu)的不均勻性，降低瓷坯的質(zhì)量。低瓷坯的質(zhì)量。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷 擴大燒結(jié)范圍用量：配方中加入67的長石，燒結(jié)范圍可以擴大到60左右。 影響：長石中含有堿金屬氧化物，大大降低了瓷坯的電性能和機械強度，故應(yīng)嚴(yán)加控制。只在制造對電氣性能要求不太高的大型、復(fù)雜瓷件時使用只在制造對電氣性能要

16、求不太高的大型、復(fù)雜瓷件時使用原因：因為大型瓷件在燃燒時，容易出現(xiàn)局部溫差，加入長石可擴大燒結(jié)范圍，降低廢品率。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷5.滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝（1 1）滑石的預(yù)燒）滑石的預(yù)燒 目的：目的： a.a.破壞它的層狀結(jié)構(gòu)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢畹念B火輝破壞它的層狀結(jié)構(gòu)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢畹念B火輝石結(jié)構(gòu)，避免滑石薄片在成型過程中出現(xiàn)定向排列，石結(jié)構(gòu)，避免滑石薄片在成型過程中出現(xiàn)定向排列，造成瓷坯由于滑石薄片各向異性引起內(nèi)應(yīng)力，從而造成瓷坯由于滑石薄片各向異性引起內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致瓷件強度降低和開裂。導(dǎo)致瓷件強度降低和開裂。 b.b.預(yù)燒后由于脫水及晶型轉(zhuǎn)

17、變，降低瓷件的收縮率。預(yù)燒后由于脫水及晶型轉(zhuǎn)變，降低瓷件的收縮率。 C.C.增加滑石的脆性，便于粉磨。增加滑石的脆性，便于粉磨。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷5.滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝降低預(yù)燒溫度的方法降低預(yù)燒溫度的方法加入加入硼酸、碳酸鋇或高嶺土硼酸、碳酸鋇或高嶺土等礦化劑。等礦化劑。如：加入如：加入5%5%的蘇州土，滑石的預(yù)燒溫度可降低的蘇州土，滑石的預(yù)燒溫度可降低約約40405050。 當(dāng)滑石中含當(dāng)滑石中含F(xiàn)eFe2 2O O3 3雜質(zhì)時，最好采用雜質(zhì)時，最好采用還原氣氛還原氣氛預(yù)預(yù)燒，以除去三價鐵離子對瓷件性能的不利影響。燒，以除去三價鐵離子對瓷件性

18、能的不利影響。 預(yù)燒滑石增加了硬度，降低了可塑性，對成型造成困難預(yù)燒滑石增加了硬度，降低了可塑性，對成型造成困難，模具的損耗加快，因此在配方中生滑石搭配使用，以提高，模具的損耗加快，因此在配方中生滑石搭配使用，以提高塑性和增加模具潤滑。塑性和增加模具潤滑。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷5.滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝（2 2）滑石瓷的老化及防止老化的措施）滑石瓷的老化及防止老化的措施 滑石瓷的老化滑石瓷的老化 滑石瓷的老化是指制品在貯存、運輸、加工或滑石瓷的老化是指制品在貯存、運輸、加工或使用過程中自動產(chǎn)生裂縫、空隙及松散成粉的現(xiàn)象。使用過程中自動產(chǎn)生裂縫、空隙及

19、松散成粉的現(xiàn)象。有時甚至在制品燒成以后，表面就出現(xiàn)白粉斑點，有時甚至在制品燒成以后，表面就出現(xiàn)白粉斑點，它逐漸擴大，導(dǎo)致整個坯體松散成粉。它逐漸擴大，導(dǎo)致整個坯體松散成粉。 老化的原因老化的原因 滑石瓷的老化即由于原頑輝石在冷卻、放置及使滑石瓷的老化即由于原頑輝石在冷卻、放置及使用過程中，晶型向頑火輝石或斜頑輝石用過程中，晶型向頑火輝石或斜頑輝石轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化引起較引起較大的體積變化而造成的。大的體積變化而造成的。第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷解決解決滑石瓷老化的措施滑石瓷老化的措施 a.將原料磨到足夠的細度，加入適當(dāng)?shù)木ЯＲ种苿?，減少將原料磨到足夠的細度，加入適當(dāng)?shù)木ЯＲ种苿?，減少Ca O的含量

20、，防止晶粒長大。的含量，防止晶粒長大。 正常的滑石瓷晶粒大小應(yīng)控制在正常的滑石瓷晶粒大小應(yīng)控制在7m以下。一般生產(chǎn)中規(guī)以下。一般生產(chǎn)中規(guī)定球磨后的細度為萬孔篩余定球磨后的細度為萬孔篩余0.1。 b.加入適量外加劑，以形成足夠的玻璃相并包裹細晶的原頑加入適量外加劑，以形成足夠的玻璃相并包裹細晶的原頑輝石，防止它的晶型轉(zhuǎn)化。實踐證明，鋇玻璃抗老化效果較輝石，防止它的晶型轉(zhuǎn)化。實踐證明，鋇玻璃抗老化效果較顯著。顯著。 c.加入能與加入能與MgSiO3生成固溶體的物質(zhì)，例如加入少量生成固溶體的物質(zhì)，例如加入少量MnO或或MnSiO3，與其生成固溶體，必然會影響其晶型轉(zhuǎn)化，減低，與其生成固溶體，必然會影

21、響其晶型轉(zhuǎn)化，減低老化現(xiàn)象。老化現(xiàn)象。 d控制控制SiO2含量。當(dāng)含量。當(dāng)SiO2過少時，形成的玻璃相不足，過過少時，形成的玻璃相不足，過多則游離出方石英，其多晶轉(zhuǎn)化能誘發(fā)原頑輝石的多晶轉(zhuǎn)化。多則游離出方石英，其多晶轉(zhuǎn)化能誘發(fā)原頑輝石的多晶轉(zhuǎn)化。 e.控制冷卻制度，在控制冷卻制度，在900以上進行快冷，以便生成細晶結(jié)以上進行快冷，以便生成細晶結(jié)構(gòu)，防止老化。構(gòu)，防止老化。 第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷5.滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝細度對滑石瓷電性能的影響細度對滑石瓷電性能的影響（a）細度對）細度對tg的影響；的影響；(b)細度對細度對的影響的影響11300;

22、21230；31260 第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷5.滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝滑石瓷生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題及工藝（3 3）滑石瓷的燒結(jié)）滑石瓷的燒結(jié) 滑石瓷燒結(jié)的關(guān)鍵是擴大燒結(jié)范圍和嚴(yán)格控制窯滑石瓷燒結(jié)的關(guān)鍵是擴大燒結(jié)范圍和嚴(yán)格控制窯爐溫度制度。爐溫度制度。 嚴(yán)格控制燒結(jié)溫度嚴(yán)格控制燒結(jié)溫度改善配方。改善配方。注意：控制止火溫度在?；瘻囟认孪蓿貢r間1小時以內(nèi)， 在冷卻階段，溫度在700550之間要控制冷卻速度（3045/h）以免造成玻璃相中殘余應(yīng)力，以及晶形未充分轉(zhuǎn)化而造成開裂、老化等弊病。 如：加入23ZnO，能顯著提高液相粘度，并把燒結(jié)范圍擴大到35左右；加入510BaCO3，能使

23、液相出現(xiàn)溫度降低到1230。長石對擴大燒結(jié)范圍的效果很好，但要避免引入堿金屬離子。三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）純氧化鋁陶瓷的晶相是純氧化鋁陶瓷的晶相是剛剛玉（玉（corundumcorundum）;燒結(jié)溫度很高燒結(jié)溫度很高:18001800左左右右;日常生產(chǎn)產(chǎn)品日常生產(chǎn)產(chǎn)品:BaOBaOAlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2系統(tǒng)的陶瓷系統(tǒng)的陶瓷第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷 根據(jù)其組成不同，可生產(chǎn)出性能優(yōu)良的莫來石根據(jù)其組成不同，可生產(chǎn)出性能優(yōu)良的莫來石(mullite)瓷瓷 ,剛玉莫來石瓷剛玉莫來石瓷和和鋇長石瓷鋇長石瓷 。1.簡介簡介三、氧化鋁

24、瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷BaOAl2O3SiO2三元系統(tǒng)相圖三元系統(tǒng)相圖 三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷BaO-Al2O3-SiO2系主要晶相性能系主要晶相性能三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷2. 莫來石瓷的特性莫來石瓷的特性1)主晶相是莫來石，莫來石為針狀結(jié)構(gòu)，可使主晶相是莫來石，莫來石為針狀結(jié)構(gòu)，可使晶粒之間相晶粒之間相互交叉減少了滑移，在高溫荷重下的，變形小互交叉減少了滑移，在高溫荷重下的，變

25、形小 。2) 莫來石比氧化鋁的耐熱性差，但熱膨脹脹系數(shù)小，抗熱莫來石比氧化鋁的耐熱性差，但熱膨脹脹系數(shù)小，抗熱沖擊性好。沖擊性好。莫來石瓷的主要性能莫來石瓷的主要性能三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷3. 剛玉剛玉莫來石瓷的特性莫來石瓷的特性1)主晶相是剛玉主晶相是剛玉-莫來石共存；莫來石共存；2)主要原料是粘土、氧化鋁和碳酸鹽主要原料是粘土、氧化鋁和碳酸鹽 ；3)剛玉一莫來石瓷的電性能較好。機械強度較高剛玉一莫來石瓷的電性能較好。機械強度較高, ,熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性能好，工藝性能好，燒結(jié)溫度不高，且燒結(jié)溫度范圍寬，能好，工藝性能好

26、，燒結(jié)溫度不高，且燒結(jié)溫度范圍寬，還可與釉燒一次完成，以簡化工序。還可與釉燒一次完成，以簡化工序。 剛玉剛玉莫來石瓷的主要性能莫來石瓷的主要性能三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷4. 莫來石的生成莫來石的生成一次莫來石的生成一次莫來石的生成 從原料礦物高溫分解直接生成的莫來石稱為一次莫來石；從原料礦物高溫分解直接生成的莫來石稱為一次莫來石；偏高嶺土（偏高嶺土（AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2）或硅線石（）或硅線石（AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2）在高溫下分）在高溫下分解：解： 2）二次莫來石的生成）二

27、次莫來石的生成 在生產(chǎn)高鋁瓷時要增加在生產(chǎn)高鋁瓷時要增加Al2O3成分，使之與游離石英起反成分，使之與游離石英起反應(yīng)生成莫來石，這時所生成的莫來石稱為二次莫來石。應(yīng)生成莫來石，這時所生成的莫來石稱為二次莫來石。3 Al2O3SiO23 Al2O32SiO23(Al2O3 2 2 SiO2) 3 Al2O32SiO2+4SiO23(Al2O3 SiO2) 3 Al2O32SiO2+SiO21200oC13001500oC三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷二次莫來石生成的影響因素二次莫來石生成的影響因素1）Al2O3活性（結(jié)晶形態(tài)和細

28、度）；活性（結(jié)晶形態(tài)和細度）；2）雜質(zhì)或礦化劑種類；）雜質(zhì)或礦化劑種類； 雜質(zhì)（或礦化劑）金屬離子（如雜質(zhì)（或礦化劑）金屬離子（如Li、Mg2、Ca2等）的等）的電價越低，半徑越小，則二次莫來石的生成溫度降低，生成電價越低，半徑越小，則二次莫來石的生成溫度降低，生成量提高。量提高。 如在雜質(zhì)存在下如在雜質(zhì)存在下 （2.7wt），膠狀水化），膠狀水化Al2O3（d0.5m）與粘土生成二次莫來石的溫度范圍降至）與粘土生成二次莫來石的溫度范圍降至12001350，而電熔剛玉（，而電熔剛玉（d12.4m）生成二次莫來石則在）生成二次莫來石則在13501500。 另外，外加礦化劑時，要考慮一價堿金屬離于

29、對電絕緣性能另外，外加礦化劑時，要考慮一價堿金屬離于對電絕緣性能的影響，一般引入堿土金屬氧化物（如的影響，一般引入堿土金屬氧化物（如MgO）更為適合。）更為適合。三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷5. 莫來石瓷及剛玉莫來石瓷及剛玉莫來石瓷的配方及各組分的作用莫來石瓷的配方及各組分的作用三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷（2）工業(yè)氧化鋁工業(yè)氧化鋁 生成二次莫來石生成二次莫來石（1）粘土）粘土 a) 耐火粘土或高嶺土加熱分解時生成莫來石；耐火粘土或高嶺土加熱分解時生成莫來

30、石； b)為坯體提供良好的可塑性，便于成型；為坯體提供良好的可塑性，便于成型； c)粘土中含有害雜質(zhì)較多，隨著粘土含量的增加，瓷坯的電粘土中含有害雜質(zhì)較多，隨著粘土含量的增加，瓷坯的電性能將顯著惡化，因此粘土的用量不可過多。性能將顯著惡化，因此粘土的用量不可過多。三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷（4）氧化鎂氧化鎂 a)促進二次莫來石化的程度；促進二次莫來石化的程度； b) MgO能與能與Al2O3生成鎂鋁尖晶石。在生成鎂鋁尖晶石。在Al2O3含量高的高鋁瓷含量高的高鋁瓷中，抑制剛玉晶體的二次再結(jié)晶，使之晶體細小，提高瓷坯中，抑制

31、剛玉晶體的二次再結(jié)晶，使之晶體細小，提高瓷坯性能；性能；c) 與與Al2O3、SiO2及其它物質(zhì)生成低熔點的玻璃體，不但除去及其它物質(zhì)生成低熔點的玻璃體，不但除去坯體中的游離石英，還能降低燒結(jié)溫度，起助熔作用。坯體中的游離石英，還能降低燒結(jié)溫度，起助熔作用。（3）氧化鈣）氧化鈣a)促進二次莫來石化的程度；促進二次莫來石化的程度；b)與與Al2O3、SiO2及其它物質(zhì)生成低熔點的鈣玻璃，不但除去及其它物質(zhì)生成低熔點的鈣玻璃，不但除去了坯體中游離石英，還能起助熔作用，促進燒結(jié)。了坯體中游離石英，還能起助熔作用，促進燒結(jié)。三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)

32、低低介介裝裝置置瓷瓷（6）白云石白云石 代替代替部分或全部部分或全部CaO及及MgO原料。原料。 （5）滑石滑石 滑石滑石 (3MgO4 SiO2H2O）在）在700900之間脫水，并析出之間脫水，并析出活性較大的活性較大的4SiO2和和MgOSiO2。具有較大的化合能力，因此能。具有較大的化合能力，因此能夠活躍地與其它物質(zhì)化合，夠活躍地與其它物質(zhì)化合，起到礦化、助熔等作用。起到礦化、助熔等作用。 （7）碳酸鋇碳酸鋇 a)氧化鋇與氧化鋇與Al2O3、SiO2等生成低熔點的鋇玻璃，有利于瓷坯等生成低熔點的鋇玻璃，有利于瓷坯的燒結(jié)。的燒結(jié)。b) 降低了材料的介質(zhì)損耗，改善了瓷坯的電氣性能。降低了材

33、料的介質(zhì)損耗，改善了瓷坯的電氣性能。c)BaO或鋇玻璃還能抑制剛王晶相二次重結(jié)晶的作用，防止剛或鋇玻璃還能抑制剛王晶相二次重結(jié)晶的作用，防止剛玉晶粒的過分長大。玉晶粒的過分長大。 三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷6. 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝1）原料的處理）原料的處理 75瓷細度達到萬孔篩篩余量瓷細度達到萬孔篩篩余量0.1%2)成型成型 陳腐，加塑化劑陳腐，加塑化劑3)燒結(jié)燒結(jié) 莫來石瓷及剛玉一莫來石瓷屬于液相燒結(jié)。在莫來石瓷及剛玉一莫來石瓷屬于液相燒結(jié)。在燒成中存在兩大問題燒成中存在兩大問題 。 快燒快冷可提高機械強度。快燒快冷可提高

34、機械強度。三、氧化鋁瓷（三、氧化鋁瓷（steatite ceramics ）第第一一節(jié)節(jié)低低介介裝裝置置瓷瓷燒結(jié)過程中問題燒結(jié)過程中問題（1）燒結(jié)過程中的體積變化）燒結(jié)過程中的體積變化 -Al2O3轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成Al2O3時，體積收縮時，體積收縮13，容易造成坯，容易造成坯體開裂，這點可用預(yù)燒工業(yè)體開裂，這點可用預(yù)燒工業(yè)Al2O3的方法予以消除。的方法予以消除。Al2O3與游離與游離SiO2在在13001350左右生成二次莫來石時，體積膨左右生成二次莫來石時，體積膨脹脹10左右很容易導(dǎo)致坯體疏松，產(chǎn)生缺陷，這可由細磨左右很容易導(dǎo)致坯體疏松，產(chǎn)生缺陷，這可由細磨Al2O3得到解決。得到解決。（2）

35、燒成范圍窄。）燒成范圍窄。 可以采用小截面的隧道窯或其它類型溫度均勻的窯爐來可以采用小截面的隧道窯或其它類型溫度均勻的窯爐來燒結(jié)，并嚴(yán)格控制燒成制度來解決。燒結(jié)，并嚴(yán)格控制燒成制度來解決。 第二章第二章 無機介電材料無機介電材料- -電介質(zhì)陶瓷電介質(zhì)陶瓷一、概一、概 述述二、金紅石瓷二、金紅石瓷 三、常用高介電容器三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)瓷料系統(tǒng)一、概述一、概述1.電容器瓷種類電容器瓷種類按照材料介電系數(shù)的溫度系數(shù)按照材料介電系數(shù)的溫度系數(shù)=(1/)(d/dT)的大的大小可分為小可分為溫度補償電容器陶瓷溫度補償電容器陶瓷及及溫度穩(wěn)定電容器溫度穩(wěn)定電容器陶瓷陶瓷兩類。此外，還有一些新型電容器陶

36、瓷材料。兩類。此外，還有一些新型電容器陶瓷材料。第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷NPO特性特性：隨著：隨著提高，其溫度系數(shù)由正值變?yōu)樨撝?，提高，其溫度系?shù)由正值變?yōu)樨撝?，且其值逐漸變小，這種特性稱為且其值逐漸變小，這種特性稱為NPO特性。特性。 2.溫度補償電容器瓷溫度補償電容器瓷目前正在使用的，具有目前正在使用的，具有NPO特性且介電常數(shù)最高（特性且介電常數(shù)最高（80110）的材料是）的材料是Nd2Ti2O7BaTiO3Bi2O3TiO2PbO系材系材料。料。 一、概述一、概述第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷 溫度補償用陶瓷電容器材料的介電常數(shù)及其溫度系數(shù)1MgOSiO2系；2MgT

37、iO3CaTiO3系；3BaTiO3系；4La2O3TiO2系；5La2OTiO2A2O系；6Nd2O3TiO2-A2+O系；7-BaTiO3-Nd2O3-TiO2-Bi2O3系二、金紅石瓷二、金紅石瓷第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷1.二氧化鈦的結(jié)晶狀態(tài)二氧化鈦的結(jié)晶狀態(tài)金紅石主要物理性質(zhì)：金紅石主要物理性質(zhì)：晶系：四方晶系：四方外形：針形外形：針形密度：密度：4.25線膨脹系數(shù)：線膨脹系數(shù)：（9.149.19）106/介電常數(shù)：介電常數(shù)：光軸光軸89 /光軸光軸173 114熔點：熔點：1840金紅石、銳鈦礦和板鈦礦金紅石、銳鈦礦和板鈦礦2、金紅石瓷的配方、金紅石瓷的配方第第二二節(jié)節(jié)高

38、高介介電電容容器器瓷瓷3、原料及其性能、原料及其性能第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷(1)TiO2a.金紅石瓷的主晶相化學(xué)組成是金紅石瓷的主晶相化學(xué)組成是TiO2，其加入數(shù)量、，其加入數(shù)量、形態(tài)、晶粒、大小等均會影響瓷體的性能。形態(tài)、晶粒、大小等均會影響瓷體的性能。b.TiO2中常含銳鈦礦晶型的中常含銳鈦礦晶型的TiO2，因此需在，因此需在11001300預(yù)燒，以減少瓷體燒成時的晶型轉(zhuǎn)變和收縮。預(yù)燒，以減少瓷體燒成時的晶型轉(zhuǎn)變和收縮。 c. TiO2的活性、晶粒大小及燒結(jié)溫度與預(yù)燒溫度有的活性、晶粒大小及燒結(jié)溫度與預(yù)燒溫度有關(guān)。預(yù)燒過的關(guān)。預(yù)燒過的TiO2活性降低，因此工廠一般采用未活性降

39、低，因此工廠一般采用未預(yù)燒和預(yù)燒的預(yù)燒和預(yù)燒的TiO2以一定比例配合使用。以一定比例配合使用。 3、原料及其性能、原料及其性能第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷(2)高嶺土、膨潤土高嶺土、膨潤土 a. TiO2沒有可塑性，高嶺土的加入一方面增加可塑性，另一沒有可塑性，高嶺土的加入一方面增加可塑性，另一方面降低燒結(jié)溫度。方面降低燒結(jié)溫度。b.當(dāng)采用擠管或車坯等可塑法成型時，可塑性要求更高，需當(dāng)采用擠管或車坯等可塑法成型時，可塑性要求更高，需要部分膨潤土代替部分高嶺土，但一般應(yīng)少于要部分膨潤土代替部分高嶺土，但一般應(yīng)少于4。 (3)堿土金屬化合物堿土金屬化合物 a.壓抑效應(yīng)提高電性能。壓抑效應(yīng)提

40、高電性能。b.起降低燒結(jié)溫度的作用。起降低燒結(jié)溫度的作用。 一般一般CaFCaF2 2加入量加入量2 23 3，ZnOZnO為為1 1左右。左右。 3、原料及其性能、原料及其性能第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷(4) ZrO2 a. 常加入常加入ZrO2或或Zr(OH) )2阻止粗晶形成，促使瓷質(zhì)結(jié)晶細密阻止粗晶形成，促使瓷質(zhì)結(jié)晶細密均勻，改善材料的防潮穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性。均勻，改善材料的防潮穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性。b.b. ZrO2還有抑制鈦離子還原的作用，提高瓷的電氣性能。還有抑制鈦離子還原的作用，提高瓷的電氣性能。 氧化鋯的用量一般不宜過多，通常在氧化鋯的用量一般不宜過多，通常在5左右。

41、以易左右。以易分解的鹽和堿形式引入為宜。除分解的鹽和堿形式引入為宜。除ZrO2外，外，TeO2、V2Q5、WO3等化合物也有類似的作用。等化合物也有類似的作用。4、金紅石生產(chǎn)中存在的問題金紅石生產(chǎn)中存在的問題 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷(1)嚴(yán)防嚴(yán)防SiO2雜質(zhì)的進入。雜質(zhì)的進入。 因為隨著因為隨著SiO2雜質(zhì)含量的增加，介電常數(shù)下降，介電常雜質(zhì)含量的增加，介電常數(shù)下降，介電常數(shù)的溫度系數(shù)絕對值變小，數(shù)的溫度系數(shù)絕對值變小，tg不論在常溫或受潮時都顯著增不論在常溫或受潮時都顯著增加，因此，球磨必須用剛玉球及內(nèi)襯。加，因此，球磨必須用剛玉球及內(nèi)襯。(2)由于由于TiO2可塑性差，坯料常

42、需適當(dāng)?shù)年惛瘯r間，可塑性差，坯料常需適當(dāng)?shù)年惛瘯r間，使使TiO2水解，以提高可塑性。新練出的泥料可通過水解，以提高可塑性。新練出的泥料可通過加入酸（如醋酸）堿加入酸（如醋酸）堿(如氨水）適當(dāng)調(diào)節(jié)如氨水）適當(dāng)調(diào)節(jié)PH值，克服值，克服坯料觸變性，提高成型性能。坯料觸變性，提高成型性能。 另外，在新練的泥中，摻入另外，在新練的泥中，摻入50左右的回坯料，亦可使左右的回坯料，亦可使坯料水份均勻，改善或消除坯料的觸坯料水份均勻，改善或消除坯料的觸變性變性. .4、金紅石生產(chǎn)中存在的問題金紅石生產(chǎn)中存在的問題 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷(3)(3)溫度過高使二氧化鈦嚴(yán)重結(jié)晶，嚴(yán)格控制燒結(jié)制溫度過

43、高使二氧化鈦嚴(yán)重結(jié)晶，嚴(yán)格控制燒結(jié)制度，燒成溫度一般以度，燒成溫度一般以132513251010為宜。為宜。(4)嚴(yán)格控制氣氛，保證氧化氣氛燒結(jié)。嚴(yán)格控制氣氛，保證氧化氣氛燒結(jié)。 因為在還原氣氛和弱還原氣氛下，高價鈦易還原成低價鈦：因為在還原氣氛和弱還原氣氛下，高價鈦易還原成低價鈦：在這種情況下，介電損耗增大，比體積電阻減小，介電強度在這種情況下，介電損耗增大，比體積電阻減小，介電強度降低，介電常數(shù)增大。降低，介電常數(shù)增大。 此外，不宜用碳化硅承燒板和匣缽，因為高溫此外，不宜用碳化硅承燒板和匣缽，因為高溫下碳化硅與氧結(jié)合放出下碳化硅與氧結(jié)合放出CO 。5、金紅石瓷的使用特性金紅石瓷的使用特性

44、第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷 金紅石瓷的主要化學(xué)成份為金紅石瓷的主要化學(xué)成份為TiO2，由于鈦離子，由于鈦離子的變價特性，常引起電性能惡化的變價特性，常引起電性能惡化 （1 1）直流老化）直流老化 a.直流老化：直流老化：金紅石瓷和其它含鈦陶瓷在直流電場中長期金紅石瓷和其它含鈦陶瓷在直流電場中長期使用，其電導(dǎo)率隨施加電場時間延長而不斷增加，這種現(xiàn)象使用，其電導(dǎo)率隨施加電場時間延長而不斷增加，這種現(xiàn)象稱為直流老化。稱為直流老化。b.b.再生：再生：在高溫直流電場下電導(dǎo)隨時間急劇增加，最后發(fā)熱在高溫直流電場下電導(dǎo)隨時間急劇增加，最后發(fā)熱擊穿。老化過程瓷體顏色逐漸由鮮黃色變?yōu)榛液谏?。如果在?/p>

45、穿。老化過程瓷體顏色逐漸由鮮黃色變?yōu)榛液谏?。如果在擊穿前除去直流電場，并且停留在原老化溫度下若干時間，擊穿前除去直流電場，并且停留在原老化溫度下若干時間，則發(fā)生試樣電阻預(yù)復(fù)到起始值，顏色恢復(fù)到原來的鮮黃色，則發(fā)生試樣電阻預(yù)復(fù)到起始值，顏色恢復(fù)到原來的鮮黃色，這種現(xiàn)象稱之為再生。這種現(xiàn)象稱之為再生。5、金紅石瓷的使用特性金紅石瓷的使用特性 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷c.c.直流老化再生直流老化再生的原因的原因 含鈦陶瓷的直流老化和再生是由于含鈦陶瓷的直流老化和再生是由于電場和熱電場和熱的的作用，氧離子離開了作用，氧離子離開了Ti O2晶格，以原子狀態(tài)停留在晶格，以原子狀態(tài)停留在靠近陽離

46、子空位的結(jié)點間，形成靠近陽離子空位的結(jié)點間，形成氧離子空位和結(jié)點氧離子空位和結(jié)點間氧原子對的缺陷間氧原子對的缺陷。氧離子空位捕獲電子后形成。氧離子空位捕獲電子后形成F色色心，使顏色變?yōu)榛液?。在除去電場和改變電場極性心，使顏色變?yōu)榛液?。在除去電場和改變電場極性時，停留在靠近氧離子空位結(jié)點間的氧原子重新回時，停留在靠近氧離子空位結(jié)點間的氧原子重新回到原來的位置上形成氧離子，消除了到原來的位置上形成氧離子，消除了F色心及參與導(dǎo)色心及參與導(dǎo)電的半束縛電子，使電性能及顏色恢復(fù)正常。電的半束縛電子，使電性能及顏色恢復(fù)正常。 5、金紅石瓷的使用特性金紅石瓷的使用特性 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷（2

47、 2）電極反應(yīng)）電極反應(yīng) 原因：原因：a.金紅石瓷和含鈦陶瓷采用銀電極，在高溫高濕強直金紅石瓷和含鈦陶瓷采用銀電極，在高溫高濕強直流或低頻電場下工作時，由于高濕度的長期影響，水分會凝流或低頻電場下工作時，由于高濕度的長期影響，水分會凝結(jié)于陶瓷電容器表面，銀電極與水作用部分地形成結(jié)于陶瓷電容器表面，銀電極與水作用部分地形成 AgOH，在直流電場下，銀離子從陽極進入介質(zhì)向陰極遷移。在直流電場下，銀離子從陽極進入介質(zhì)向陰極遷移。b.b.高溫下銀原子向介質(zhì)內(nèi)擴散，在介質(zhì)中發(fā)生如下變化：高溫下銀原子向介質(zhì)內(nèi)擴散，在介質(zhì)中發(fā)生如下變化： 這些變化，使介質(zhì)中產(chǎn)生自由電子和遷移率很大的這些變化，使介質(zhì)中產(chǎn)生自

48、由電子和遷移率很大的Ag+，造，造成自由電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電使電氣性能惡化，這種現(xiàn)象在成自由電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電使電氣性能惡化，這種現(xiàn)象在高溫下尤其顯著。高溫下尤其顯著。 5、金紅石瓷的使用特性金紅石瓷的使用特性 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷c.Ag+還易在陰極附近被還原，在陰極附近形成銀還易在陰極附近被還原，在陰極附近形成銀“枝蔓枝蔓”，使電極間距縮短。，使電極間距縮短。 上述電介質(zhì)材料在直流電場長期作用下，電性能上述電介質(zhì)材料在直流電場長期作用下，電性能發(fā)生不可復(fù)原的惡化，并伴隨一定化學(xué)變化的現(xiàn)象，發(fā)生不可復(fù)原的惡化，并伴隨一定化學(xué)變化的現(xiàn)象，稱為電化學(xué)老化。稱為電化學(xué)老化。 克服的方

49、法：克服的方法： 提高燒結(jié)致密度及降低玻璃相電導(dǎo)提高燒結(jié)致密度及降低玻璃相電導(dǎo) 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)（一）鈦酸鈣陶瓷（一）鈦酸鈣陶瓷（calcium titanate ceramics）1.性能性能：高介電常數(shù)高介電常數(shù) 負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)用于要求不高的高頻電容器。用于要求不高的高頻電容器。2.配方配方CaTiO3燒塊燒塊 99 ZrO2 1瓷料的燒結(jié)溫度為瓷料的燒結(jié)溫度為 13 6020 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)3. CaTiO3的制備的制備(1) 一般應(yīng)按一

50、般應(yīng)按CaTiO3化學(xué)組成（化學(xué)組成（CaCO3：TiO21.78：1）投料合成，反應(yīng)如下：）投料合成，反應(yīng)如下：(2) CaCO3過量時，會生成部分過量時，會生成部分Ca3Ti2O7（55），），使材料的使材料的下降。因此，配方寧可下降。因此，配方寧可TiO2稍稍過量。稍稍過量。燒燒塊的質(zhì)量可以由測定游離氧化鈣的含量來評價。塊的質(zhì)量可以由測定游離氧化鈣的含量來評價。(3)在在TiO2CaO系統(tǒng)中，隨配方中系統(tǒng)中，隨配方中TiO2與與CaO的比的比例不同，陶瓷的性能各異，尤其是在例不同，陶瓷的性能各異，尤其是在CaO摩爾百分摩爾百分含量超過含量超過TiO2的摩爾百分含量時，陶瓷的介電系數(shù)的摩爾

51、百分含量時，陶瓷的介電系數(shù)和負溫度系數(shù)大大降低。和負溫度系數(shù)大大降低。 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)鈦酸鈣的介電性能與摩爾數(shù)比關(guān)系鈦酸鈣的介電性能與摩爾數(shù)比關(guān)系 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)4.生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝（1）在氧化氣氛下燒成；）在氧化氣氛下燒成；（2） 原料球磨時原料球磨時CaO可能水解生成水溶性可能水解生成水溶性Ca(OH)2，故球磨后應(yīng)進行烘干，不能過濾除水否則會因故球磨后應(yīng)進行烘干，不能過濾除水否則會因Ca(OH)2流失而影響配比。流失而影響配比。（3）鈦酸鈣瓷

52、的結(jié)晶能力較強為防上晶粒長大，）鈦酸鈣瓷的結(jié)晶能力較強為防上晶粒長大，燒結(jié)溫度和保溫時間均要控制好。燒結(jié)溫度和保溫時間均要控制好。 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)（二）鈦酸鍶陶瓷（二）鈦酸鍶陶瓷（calcium titanate ceramics）1.配方配方鈦酸鍶燒塊（鈦酸鍶燒塊（SrTiO3）：）：90.4鋯酸鍶燒塊（鋯酸鍶燒塊（SrZrO3）：）：6.6 膨潤土：膨潤土： 2.5 碳酸鋇：碳酸鋇： 0.5 2.性能性能是鐵電材料，居里溫度是鐵電材料，居里溫度-250 ，常溫下是，常溫下是順電相，所以看作是非鐵電電容器瓷。順電相，所

53、以看作是非鐵電電容器瓷。（0.55MHZ）270300（一（一2200400）10-6/tg （ 1MHz）（）（23）10 4E擊穿擊穿（1015）MVmv1010m第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)3. SrTiO3的制備的制備為提高介電常數(shù)，常加入為提高介電常數(shù)，常加入Bi2O3和和TiO2。SrTiO3TiO2 Bi2O3系統(tǒng)系統(tǒng) 原因：原因：（1）發(fā)現(xiàn)在這種瓷體發(fā)現(xiàn)在這種瓷體中生成了固溶體，由于中生成了固溶體，由于Bi3+（RBi3+=1.2）取代了）取代了Sr2+（RSr2+1.13），造成了缺），造成了缺位，導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)松弛。

54、位，導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)松弛。(2)疇壁弛張極化引起的疇壁弛張極化引起的 。第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)（三）其它溫度補償性陶瓷（三）其它溫度補償性陶瓷鈦鋯系瓷組成與介電性能的關(guān)系鈦鋯系瓷組成與介電性能的關(guān)系 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng) CaMgLaTi系瓷的組成及介電性能系瓷的組成及介電性能 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng) CaTiSiO3CaTiQ3系瓷的組成及介電性能系瓷的組成及介電性能 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器

55、器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)（四）（四）鈦酸鎂瓷（鈦酸鎂瓷（magnesium titanate ceramics magnesium titanate ceramics ）高頻熱穩(wěn)定電容器陶瓷高頻熱穩(wěn)定電容器陶瓷1.配方配方菱鎂礦（菱鎂礦（MgCO3）：）：71生生 TiO2 ：24 蘇州土蘇州土 ：3 淘洗膨潤土淘洗膨潤土 ：2 螢石（螢石（CaF2）：）：0. .45（外加）（外加） 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)2.性能性能 其特點是介電損耗低其特點是介電損耗低，的絕對值小，可以的絕對值小，可以調(diào)節(jié)

56、至零附近，且原料豐富，成本低廉。調(diào)節(jié)至零附近，且原料豐富，成本低廉。 3.晶相組成晶相組成正鈦酸鎂 (2MgOTiO2）；偏鈦酸鎂（MgOTiO2）；二鈦酸鎂（MgO2TiO2）。其中正鈦酸鎂（尖晶石結(jié)構(gòu)）和二鈦酸鎂為穩(wěn)定化合物，而偏鈦酸鎂只有在非常特殊的條件下才能生成 。第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷TiO2-MgO系相圖系相圖 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)鈦酸鎂瓷中鈦酸鎂瓷中TiO2與與MgO的配比約為的配比約為60：40，即有，即有一小部分一小部分TiO2過剩而游離出來，但還不至于生成過剩而游離出來，但還不至于生成 MgO

57、2TiO2基本晶相為正鈦酸鎂基本晶相為正鈦酸鎂Mg2TiO4和金紅石和金紅石TiO2 TiO2MgO系組成與系組成與的關(guān)系的關(guān)系 第第二二節(jié)節(jié)高高介介電電容容器器瓷瓷三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)三、常用高介電容器瓷料系統(tǒng)4.工藝特點工藝特點（1）燒結(jié)溫度高，且燒結(jié)溫度范圍較窄（）燒結(jié)溫度高，且燒結(jié)溫度范圍較窄（510），因此燒結(jié)溫度難以控制，只要過燒幾度，），因此燒結(jié)溫度難以控制，只要過燒幾度，就會使就會使 Mg2TiO4晶粒長大，氣孔率增加，從而降低晶粒長大，氣孔率增加，從而降低了材料的介電性能，因此，必須嚴(yán)格控制燒結(jié)制度。了材料的介電性能，因此，必須嚴(yán)格控制燒結(jié)制度。（2）MgO以菱鎂礦形式

58、引入，可得到活性高的以菱鎂礦形式引入，可得到活性高的MgO有利于較低溫度下反應(yīng)生成有利于較低溫度下反應(yīng)生成 Mg2TiO4，使燒，使燒結(jié)溫度降低，有利于防止二次晶粒長大。結(jié)溫度降低，有利于防止二次晶粒長大。（3）引入粘土和膨潤土，一方面提高可塑性，另）引入粘土和膨潤土，一方面提高可塑性，另一方面它們在高溫下生成玻璃相，降低了燒結(jié)溫度，一方面它們在高溫下生成玻璃相，降低了燒結(jié)溫度，防止晶粒過分長大。防止晶粒過分長大。第二章第二章 無機介電材料與應(yīng)用無機介電材料與應(yīng)用 一、鐵電陶瓷的種類及性能一、鐵電陶瓷的種類及性能二、高介電常數(shù)材料二、高介電常數(shù)材料 三、半導(dǎo)體材料三、半導(dǎo)體材料四、鐵電電容器瓷

59、的生產(chǎn)工藝四、鐵電電容器瓷的生產(chǎn)工藝第第三三節(jié)節(jié)強強介介鐵鐵電電電電容容器器瓷瓷一、鐵電陶瓷的種類和性能一、鐵電陶瓷的種類和性能1.種類高介電常數(shù)系材料高介電常數(shù)系材料半導(dǎo)體系材料半導(dǎo)體系材料2.鐵電晶體（ferroelectric ceramics）(1)結(jié)構(gòu)上：電疇結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上：電疇結(jié)構(gòu)(2)性能上：自發(fā)極化，電滯回線，居里點性能上：自發(fā)極化，電滯回線，居里點；第第三三節(jié)節(jié)強強介介鐵鐵電電電電容容器器瓷瓷一、鐵電陶瓷的種類和性能一、鐵電陶瓷的種類和性能3.鐵電晶體的自發(fā)極化和電滯回線（1）自發(fā)極化：）自發(fā)極化：在沒有外電場作用下，晶體的正、負電荷重心不重合而呈現(xiàn)電偶極矩的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的自發(fā)

60、極化。（2）鐵電晶體：）鐵電晶體：凡在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)自發(fā)極化，在外電場作用下自發(fā)極化的方向能重新取向，而且電位移矢量與電場強度之間的關(guān)系呈電滯回線晶體稱為鐵電晶體。（3）電滯回線：）電滯回線：鐵電體的極化強度P與電場強度E的關(guān)系是非線性關(guān)系，P為E的多值函數(shù)并形成回線，稱為電滯回線。（4）電疇：）電疇：在每一個小區(qū)域內(nèi)，極化均勻、方向相同，存在一固有電矩，這個小區(qū)域稱為電疇。 分隔相鄰電疇的界面稱為疇壁，鐵電晶體內(nèi)的電疇排列稱為電疇結(jié)構(gòu)。鐵電晶體的電滯回線（1）當(dāng)外加電場于鐵電體材料時，如認為所討論的鐵電材料只有彼此成1800的電疇，則鐵電材料中沿電場方向的電疇擴大，而逆電場方向的鐵電體的