信息技术的基石:功能陶瓷及其元器件

发布于: 2024-12-26

1.功能陶瓷的定义和应用领域

功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。它在电子、微电子、光电子信息和自动化技术以及能源、环保和生物医学领域中发挥着关键作用。例如,制造电子线路中电容器用的电介质瓷,制造集成电路基片和管壳用的高频绝缘瓷等。

2.功能陶瓷的基本性质
功能陶瓷的电学、光学、磁学、声学、热学、力学等性质是研究和运用的重点。电学性质包括电导率、介电常数、击穿电场强度和介质损耗。磁学性质包括磁导率、磁化率、磁化强度、磁感应强度等。力学性能包括弹性模量、机械强度、断裂韧度等。

3.功能陶瓷的种类及其应用

功能陶瓷的发展始于20世纪30年代,目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。
主要的功能陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷和结构陶瓷等。 

  • **绝缘陶瓷**:在电子设备中作为安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电元件及器件的陶瓷材料,具有高体积电阻率、低介电损耗等特点。广泛应用于汽车、电力、计算机等领域,主要器件有绝缘子、火花塞、电阻器基体材料和集成电路基片等。
  • **介电陶瓷**:在电场作用下具有极化能力,主要用于电容器和微波电路元件,具有高绝缘电阻、耐压高等特点,主要用于电容器和微波电路元件的应用。
  • **压电陶瓷**:主要用于制作压电器材、变压器、滤波器和谐振器等。
  • **半导体陶瓷**:利用陶瓷工艺成型的多晶陶瓷材料,具有丰富的材料微结构状态和多样工艺条件,特别适用于作为敏感材料。主要用于开发敏感陶瓷,如半导体陶瓷电容器、热敏电阻、压敏电阻、湿度传感器和气体传感器等。
  • **磁性陶瓷材料**:主要指铁氧体陶瓷,具有电阻率高、涡流损失小的优点,广泛应用于高频和微波技术领域。
  • **高温超导陶瓷**:具有较高的超导温度,近年来在大电流应用、电子学应用、抗磁性等方面取得显著进展。
  • **纳米功能陶瓷**:具有抗菌、活化、吸附、过滤等功能,应用于空气净化及水处理等领域。 
  • **透明功能陶瓷**:在光学上透明,具有优异的电光效应,可用于制造各种电-光、电-机军民两用器件

4.功能陶瓷的发展趋势

功能陶瓷的发展趋势包括复合化、多功能化、智能化、低维化和材料、设计、工艺一体化。复合材料可以综合单一材料很多优异的性能,满足新技术新发展对材料综合性能的要求。智能材料是功能陶瓷发展和应用的更高阶段,是现代科学技术发展和人类社会需求的必然结果。纳米功能陶瓷技术是研究的热点之一,是一种新型的功能陶瓷材料。材料、设计、工艺的一体化有助于开发更优异特征和更新功能的功能陶瓷。

5.功能陶瓷的研究和应用的重要性

陶瓷的发展有着悠久的历史,功能陶瓷的研究应用也越来越广泛。新形势下,研究开发新型功能陶瓷材料对于国家经济、军事、航空航天等发展,人民生活水平提高都显得尤为重要。随着科学技术的发展和工业生产技术的进步,新材料的需求越来越广泛,要求也越来越高。

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