功能陶瓷材料與器件

CMYK

單頁

CMYK

國家出版基金項目

十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目

“”

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料

功能陶瓷材料與器件

中國材料研究學(xué)會組織編寫

叢書主編黃伯云

叢書副主編韓雅芳

編著張啟龍楊輝等

單頁

CMYK

內(nèi)容簡介

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書是中國材料研究學(xué)會組織編寫的國家新聞出版廣

“———”,

電總局批準(zhǔn)為十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目并獲年度國家出版基金資助叢

“”,2016。

書共分冊涵蓋了新型功能材料高性能結(jié)構(gòu)材料高性能纖維復(fù)合材料等種重點發(fā)展的

16,、、16

材料本分冊為功能陶瓷材料與器件

?！丁?。

本書系統(tǒng)地論述了功能陶瓷材料的基本性質(zhì)和工藝原理著重論述了微波介質(zhì)陶瓷及其器

,

件敏感陶瓷及其元件電容器陶瓷及壓電陶瓷及其器件低溫共燒陶瓷器件及模塊

,,MLCC,,、

等對國內(nèi)外功能陶瓷材料的現(xiàn)狀和發(fā)展從基礎(chǔ)理論關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用工藝等方面進(jìn)行了較為詳

,、

細(xì)的論述

。

本書可供新材料研究院所高等院校新材料產(chǎn)業(yè)界政府相關(guān)部門新材料中介咨詢機構(gòu)

、、、、

等領(lǐng)域的人員參考

。

圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料功能陶瓷材料與器件張啟龍等編著北京

../.—:

中國鐵道出版社

,2017.12

ISBN978--7--113--23972--5

中張新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中國陶瓷復(fù)合材料

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①------②--

產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中國

----Ⅳ.①F121.3②F426.71

中國版本圖書館數(shù)據(jù)核字第號

CIP(2017)269683

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料

書名:———

功能陶瓷材料與器件

作者:張啟龍楊輝等編著

策劃:李小軍讀者熱線:

(010)63550836

責(zé)任編輯:李小軍許璐包寧

封面設(shè)計:

責(zé)任校對:張玉華

責(zé)任印制:郭向偉

出版發(fā)行:中國鐵道出版社北京市西城區(qū)右安門西街號

(100054,8)

網(wǎng)址:

htt://

印刷:中煤p北京印務(wù)有限公司

()

版次:年月第版年月第次印刷

20171212017121

開本:印張字?jǐn)?shù)千

787mm×1092mm1/16:16.75:355

書號:

ISBN978--7--113--23972--5

定價:元

78.00

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書如有印制質(zhì)量問題請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換電話

,,。:(010)63550836

打擊盜版舉報電話

:(010)51873659

單頁

CMYK

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書

“———”

編委會

主任:黃伯云(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會名譽理事長)

副主任:韓雅芳(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長兼秘書長)

田京芬(中國鐵道出版社社長、全國新聞出版行業(yè)領(lǐng)軍人才)

編委:李元元(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會理事長)

魏炳波(中國科學(xué)院院士、中國材料研究學(xué)會副理事長)

周玉(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會副理事長)

謝建新(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會常務(wù)副理事長)

鄭有炓(中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授)

李衛(wèi)(中國工程院院士、北京鋼鐵研究總院教授級高級工程師)

潘復(fù)生(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會副理事長)

姚燕(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長)

羅宏杰(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長)

韓高榮(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長)

唐見茂(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事、咨詢專家)

張新明(教授、俄羅斯工程院院士、俄羅斯宇航科學(xué)院院士)

朱美芳(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事)

張增志(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事兼副秘書長)

武英(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事兼副秘書長)

趙永慶(教授、中國材料研究學(xué)會理事)

李賀軍(教授、中國材料研究學(xué)會理事)

楊桂生(教授、中國材料研究學(xué)會理事)

吳曉東(清華大學(xué)材料學(xué)院副研究員)

單頁

CMYK

ⅳ功能陶瓷材料與器件

吳玲(教授、國家新材料行業(yè)生產(chǎn)力中心主任)

尚成嘉(北京科技大學(xué)教授、中國材料研究學(xué)會理事)

徐志康(浙江大學(xué)教授)

楊輝(浙江大學(xué)教授)

姜希猛(深圳清華大學(xué)研究院研究員)

趙靜(中國鐵道出版社總編辦主任)

責(zé)任編委:唐見茂

叢書主編:黃伯云

叢書副主編:韓雅芳

雙頁

CMYK

序

新材料是高技術(shù)和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo),對培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)

業(yè)、國家重大工程項目的建設(shè)以及可持續(xù)發(fā)展都具有重要的支撐和保證作用。

在我國政府大力支持下,我國新材料在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)進(jìn)步、創(chuàng)新能力、應(yīng)用

水平等方面均取得了重大進(jìn)展,自主的產(chǎn)業(yè)體系初步形成,具備了良好的發(fā)展

基礎(chǔ)。同時,從全球高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景看,新材料的基礎(chǔ)地位和

先導(dǎo)作用也越來越重要。

“中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料”叢書是為貫徹落實國務(wù)院年頒布的

2010

《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》(國發(fā)〔〕號)而組織編

201032

著出版的。在國發(fā)〔〕號文中,新材料被列為我國七種重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)

201032

之一,其總體目標(biāo)定位是:“大力發(fā)展稀土功能材料、高性能膜材料、特種玻

璃、功能陶瓷、半導(dǎo)體照明材料等新型功能材料。積極發(fā)展高品質(zhì)特殊鋼、新

型合金材料、工程塑料等先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。提升碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙

烯纖維等高性能纖維及其復(fù)合材料發(fā)展水平。開展納米、超導(dǎo)、智能等共性基

礎(chǔ)材料研究?！北緟矔芍袊牧涎芯繉W(xué)會負(fù)責(zé)組織編著、中國鐵道出版社出

版,并成功入選“‘十二五’國家重點出版物出版規(guī)劃項目”,獲得年度國

2016

家出版基金資助。這是論述我國新材料發(fā)展戰(zhàn)略的第一部系統(tǒng)性科技系列著作,

代表了當(dāng)代新材料發(fā)展的主流,對推動我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展都具

有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。

本叢書從發(fā)展國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度出發(fā),重點選擇了國發(fā)〔〕

2013

號文件鼓勵的高性能結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料和高性能纖維及其復(fù)合材料,

32

全面系統(tǒng)闡述了發(fā)展這些重點新材料的產(chǎn)業(yè)背景及戰(zhàn)略意義,系統(tǒng)地論述了這

些新材料的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)、我國取得的最新研究成果、應(yīng)用方向及發(fā)展

前景,針對性地提出了我國發(fā)展這些新材料的主要方向和任務(wù),分析了存在的

主要問題,提出了相應(yīng)的對策和建議,是我國近年來在新材料領(lǐng)域內(nèi)具有領(lǐng)先

單頁

CMYK

ⅵ功能陶瓷材料與器件

水平的科技著作叢書。叢書最大的特點是體現(xiàn)了一個“新”字:介紹和論述了

我國材料領(lǐng)域取得的最新研究成果、開發(fā)的最先進(jìn)材料品種和最新制造技術(shù),

所著內(nèi)容代表當(dāng)代全球新材料發(fā)展方向和主流。叢書既具有較高的學(xué)術(shù)性和技

術(shù)先進(jìn)性,同時對我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展也具有重要的參考價值。

中國材料研究學(xué)會是全國一級學(xué)術(shù)團(tuán)體,具有資源、信息和人才的綜合優(yōu)

勢,多年來在促進(jìn)材料科學(xué)進(jìn)步、開展國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流、承接政府職能轉(zhuǎn)移、

提供新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策咨詢、開展社會化服務(wù)等方面做了大量的、卓有成效

的工作,為推動我國新材料發(fā)展發(fā)揮了重要作用。參加本叢書編著的作者都是

我國從事相關(guān)材料研究和開發(fā)的一流的科研單位和院校、一流的專家學(xué)者,擁

有數(shù)十年的科研、教學(xué)和產(chǎn)業(yè)開發(fā)經(jīng)驗,并取得了國內(nèi)領(lǐng)先的科研成果,創(chuàng)作

態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn),從而保障了本套叢書的內(nèi)容質(zhì)量。

本叢書的編著和出版是近年來我國材料研究領(lǐng)域具有足夠影響的一件大事。

我們希望,本叢書的出版能對我國新材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生較大的助推作用,

也熱切希望廣大材料科技人員、產(chǎn)業(yè)精英、決策機構(gòu)積極投身到發(fā)展我國新材

料研發(fā)的行列中來,為推動我國新材料產(chǎn)業(yè)又好又快的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)!

中國材料研究學(xué)會名譽理事長

中國工程院院士

年月

20166

雙頁

CMYK

前言

“中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料”叢書是中國材料研究學(xué)會組織編寫的,國家新聞

出版廣電總局批準(zhǔn)為“十二五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目。

根據(jù)國務(wù)院《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,新材料被列為我國戰(zhàn)略

性新興產(chǎn)業(yè)之一。本叢書定位為:從戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度,著重論述該類新材料在國民

經(jīng)濟和國防建設(shè)重大工程和項目中的地位和作用、技術(shù)基礎(chǔ)、最新研究成果、應(yīng)用領(lǐng)域及

發(fā)展前景。其特點是體現(xiàn)一個“新”字,即在遵守國家有關(guān)保密規(guī)定的前提下論述當(dāng)代新

材料的最先進(jìn)的工藝和最重要的性能。它代表當(dāng)代全球新材料發(fā)展主流,對實現(xiàn)可持續(xù)

發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。叢書共分冊,涵蓋了新型功能材料、高

16

性能結(jié)構(gòu)材料、高性能纖維復(fù)合材料等種重點發(fā)展材料。本分冊為《功能陶瓷材料與

16

器件》。

功能陶瓷材料與器件作為新材料的重要組成部分,因具有優(yōu)異的特性越來越受到各

國政府、科技界和企業(yè)界的高度重視。隨著微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、計算機技術(shù)、移動通

信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展,以及高純超微粉體、厚膜和薄膜等制備技術(shù)的進(jìn)一步完

善,功能陶瓷在新材料體系探索,現(xiàn)有材料潛在功能開發(fā),材料、器件一體化及應(yīng)用等方面

都取得了突出的進(jìn)展,成為材料科學(xué)和工程應(yīng)用中最活躍的研究領(lǐng)域之一。

本書從功能陶瓷材料與器件基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用工藝等多方面進(jìn)行了較詳細(xì)

的論述。其中,第章論述了功能陶瓷材料的界定、簡要發(fā)展歷程、分類、品種范圍和性能

1

特點及發(fā)展前景展望;第章論述了微波介質(zhì)陶瓷及其器件的概念,研究概況、主要微波

2

介質(zhì)材料體系、關(guān)鍵微波介質(zhì)陶瓷器件、應(yīng)用實例、市場前景及發(fā)展趨勢;第章論述了熱

3

敏、壓敏、氣敏陶瓷及元件基本特性,研究現(xiàn)狀,主要材料體系及發(fā)展趨勢;第章論述了

4

電容器陶瓷的概念、研究概況、材料組成性能關(guān)系、片式多層陶瓷電容器()概述、

----MLCC

國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢;第章論述了壓電陶瓷效應(yīng)、主要特性參數(shù)、幾類材料體系

5

研究進(jìn)展與發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢、主要壓電陶瓷器件;第章論述了低溫共燒陶瓷()技

6LTCC

術(shù)特點、材料種類及發(fā)展現(xiàn)狀、器件及模塊設(shè)計方法與實例、技術(shù)重點工藝發(fā)展、器件及模

塊研究概況、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢;第章論述了功能陶瓷材料與器件國內(nèi)外發(fā)展概況及

7

雙頁

CMYK

功能陶瓷材料與器件

ⅷ

總體趨勢,我國功能陶瓷材料及器件發(fā)展機遇及存在的問題、主要任務(wù)、應(yīng)對策略以及典

型企業(yè)。

本書的特色在于,以不同功能類型的陶瓷材料為主線展開討論,注重理論分析、材料

研制以及器件應(yīng)用的有機結(jié)合,著重分析材料結(jié)構(gòu)、物理性能及其形成機理、器件結(jié)構(gòu)設(shè)

計及制造工藝,特別關(guān)注材料特性、工藝技術(shù)與器件性能之間的內(nèi)存關(guān)聯(lián)。目前,制約我

國功能陶瓷材料與器件的關(guān)鍵問題是材料研制、器件設(shè)計及工藝技術(shù)研究相互脫節(jié),協(xié)調(diào)

不足,編著此書希望能在這方面起到一定的推動作用。

參加本書編著的人員有:浙江大學(xué)張啟龍(第章、第章、第章和第章第

14561~6

節(jié));浙江大學(xué)楊輝(第章、第章第節(jié)和第章)、浙江大學(xué)徐諾心(第章)。本

267~1173

書從提綱審定到編寫的全過程,得到了浙江加州國際納米技術(shù)研究院的大力支持和幫助,

還得到申乾宏、張劍、胡靚等同志的熱情指導(dǎo)與幫助,在此一并感謝。

由于作者水平和經(jīng)驗有限,加上功能陶瓷材料與器件的快速發(fā)展,本書難免存在一些

不足,敬請廣大同行、讀者積極提出寶貴意見。

編著者

年月

20174

雙頁

CMYK

目錄?

目錄

第1章概論……………

1

功能陶瓷材料的界定…………………

1.11

功能陶瓷材料發(fā)展歷程………………

1.21

功能陶瓷材料分類品種范圍及性能特點…………

1.3、2

功能陶瓷材料發(fā)展前景展望…………

1.43

第2章微波介質(zhì)陶瓷及其器件…………

5

微波介質(zhì)陶瓷的概念…………………

2.15

微波及其特點……………………

2.1.15

微波介質(zhì)陶瓷的概念及應(yīng)用背景………………

2.1.27

微波介質(zhì)陶瓷材料的性能指標(biāo)及優(yōu)化………………

2.27

介電常數(shù)…………

2.2.17

品質(zhì)因數(shù)…………

2.2.28

頻率溫度系數(shù)…………………

2.2.310

微波介質(zhì)陶瓷的性能優(yōu)化……………………

2.2.411

微波介質(zhì)陶瓷材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀……………

2.313

微波介質(zhì)陶瓷的發(fā)展歷史……………………

2.3.113

微波介質(zhì)陶瓷的研究概況……………………

2.3.214

微波介質(zhì)陶瓷的主要體系……………………

2.3.316

納米微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備與應(yīng)用………

2.3.431

微波介質(zhì)陶瓷器件…………………

2.436

微波諧振器件…………………

2.4.136

微波介質(zhì)濾波器………………

2.4.238

微帶天線………………………

2.4.340

微波介質(zhì)陶瓷器件制備工藝…………………

2.4.441

微波介質(zhì)陶瓷器件研究現(xiàn)狀…………………

2.4.551

微波介質(zhì)陶瓷器件應(yīng)用實例及市場前景…………

2.552

移動通信用微波介質(zhì)陶瓷器件………………

2.5.153

衛(wèi)星電視接收機高頻頭………

2.5.253

單頁

CMYK

ⅹ功能陶瓷材料與器件

微波介質(zhì)天線……………

2.5.3GPS54

微波介質(zhì)陶瓷及器件的發(fā)展趨勢…………………

2.655

參考文獻(xiàn)……………………

57

第3章敏感陶瓷及其元件………………

68

熱敏陶瓷……………

3.168

基本參數(shù)………………………

3.1.168

正溫度系數(shù)熱敏電阻效應(yīng)及模型………

3.1.2PTC70

熱敏電阻的主要特性……………………

3.1.3PTC72

熱敏陶瓷及元件的研究現(xiàn)狀…………………

3.1.473

熱敏陶瓷的發(fā)展前景……………………

3.1.5PTC77

壓敏陶瓷……………

3.277

壓敏陶瓷的基本性能…………

3.2.178

壓敏電阻導(dǎo)電機理……………

3.2.279

壓敏電阻的研究現(xiàn)狀…………

3.2.380

氣敏陶瓷……………

3.386

氣敏陶瓷…………………

3.3.1SnO286

氣敏陶瓷…………………

3.3.2ZrO288

氣敏陶瓷…………………

3.3.3TiO290

國內(nèi)外氣敏陶瓷傳感器發(fā)展…………………

3.3.490

國內(nèi)外氣敏陶瓷材料進(jìn)展……………………

3.3.590

氣敏陶瓷材料發(fā)展趨勢………

3.3.694

參考文獻(xiàn)……………………

95

第4章電容器陶瓷及MLCC…………

100

電容器陶瓷的概念…………………

4.1100

電容器陶瓷的國內(nèi)外研究概況……………………

4.2101

電容器陶瓷的發(fā)展歷史………

4.2.1101

電容器陶瓷相關(guān)研究的文獻(xiàn)計量……………

4.2.2101

陶瓷介質(zhì)材料介電性能……………

4.3103

介質(zhì)的極化及介電常數(shù)………

4.3.1103

介電損耗………………………

4.3.2106

介電強度………………………

4.3.3107

絕緣電阻………………………

4.3.4107

電容溫度系數(shù)…………………

4.3.5108

非鐵電電容器陶瓷…………………

4.4108

雙頁

CMYK

目錄?

高頻溫度補償型電容器陶瓷…………………

4.4.1109

高頻溫度穩(wěn)定型介電陶瓷……………………

4.4.2111

鐵電電容器陶瓷……………………

4.5112

鐵電相變與自發(fā)極化…………

4.5.1112

鐵電晶體的電疇結(jié)構(gòu)…………

4.5.2113

電致伸縮和電滯回線…………

4.5.3114

鐵電陶瓷的溫度特性…………

4.5.4115

鐵電陶瓷的擊穿………………

4.5.5116

鐵電陶瓷的非線性……………

4.5.6117

鐵電陶瓷的老化………………

4.5.7117

鈦酸鋇基陶瓷的研究現(xiàn)狀……………………

4.5.8118

反鐵電電容器介質(zhì)陶瓷……………

4.6125

反鐵電體的自發(fā)極化狀態(tài)……………………

4.6.1125

反鐵電體的電疇結(jié)構(gòu)…………

4.6.2126

反鐵電體的主要性質(zhì)…………

4.6.3126

反鐵電介質(zhì)陶瓷的應(yīng)用………

4.6.4128

半導(dǎo)體電容器介質(zhì)陶瓷……………

4.7128

基本概念………………………

4.7.1128

陶瓷的半導(dǎo)化…………………

4.7.2129

半導(dǎo)體陶瓷電容器的分類及性能……………

4.7.3129

巨介電常數(shù)陶瓷……………………

4.8132

的晶體結(jié)構(gòu)……………………

4.8.1CaCu3Ti4O12132

的巨介電性質(zhì)及其機制………

4.8.2CaCu3Ti4O12132

的改性…………

4.8.3CaCu3Ti4O12133

其他特殊陶瓷電容器材料…………

4.9135

抗還原性電容器介質(zhì)陶瓷……………………

4.9.1135

中高壓陶瓷電容器材料………

4.9.2137

陶瓷聚合物復(fù)合材料……………

4.10/138

復(fù)合材料介電性能的理論模型……………

4.10.1139

陶瓷有機復(fù)合材料常用制備方法…………

4.10.2/140

陶瓷有機復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀……………

4.10.3/140

片式多層陶瓷電容器…………………

4.11(MLCC)143

片式多層陶瓷電容器概述…………………

4.11.1144

片式多層陶瓷電容器內(nèi)電極基本結(jié)構(gòu)……

4.11.2145

片式多層陶瓷電容器制造工藝……………

4.11.3146

單頁

CMYK

?功能陶瓷材料與器件

片式多層陶瓷電容器分類…………………

4.11.4147

國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況……………