功能陶瓷材料种类繁多，用途广泛，可不可以举例并进行介绍？

新型功能陶瓷材料是以电、磁、光、声、热、力学、化学或生物功能等的介质材料.功能陶瓷材料种类繁多,用途广泛,主要包括铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各异的新型陶瓷材料.

新型功能陶瓷材料是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工等现代高新技术领域的重要基础材料.功能陶瓷及其新型电子元器件对信息产业的发展和综合国力的增强具有重要的战略意义.

半导体陶瓷

半导体陶瓷是指采用陶瓷工艺成型的多晶陶瓷材料.与多晶半导体不同的是,半导体陶瓷存在大量晶界,晶粒的半导体化是在烧结工艺过程中完成的,因此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.除半导体晶界陶瓷电容器外,目前已使用的敏感材料,主要有热敏材料、电压敏材料、光敏材料、气敏材料、湿敏材料等.

磁性陶瓷材料

磁性陶瓷主要是指铁氧体陶瓷,铁氧体是以氧化铁和其他铁族或稀土族氧化物为主要成分的复合氧化物.铁氧体多属半导体,电阻率远大于一般金属磁性材料,具有涡流损失小的优点,在高频和微波技术领域,如雷达技术、通信技术、空间技术、电子计算机等方面都到了广泛的应用.

高温超导陶瓷

高温超导陶瓷指相对金属而言具有较高超导温度的功能陶瓷材料.从20世纪80年代对超导陶瓷的研究有重大突破以来,对高温超导陶瓷材料的研究及应用倍受关注.近十几年以来,我国在这方面的研究一直处于世界先进水平.目前高温超导材料的应用正朝着大电流应用、电子学应用、抗磁性等方面发展.

绝缘陶瓷

绝缘陶瓷是指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.绝缘陶瓷要求具有体积电阻率高、介电系数小、损耗因子低、介电强度高、耐腐蚀和机械性能好等特性.

绝缘陶瓷被广泛应用在电路基板、封装、高频绝缘瓷等行业,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

介电陶瓷又称电介质陶瓷,是指在电场作用下具有极化能力,且能在体内长期建立起电场的功能陶瓷.介电陶瓷具有绝缘电阻高、耐压高、介电常数小、介电损耗低、机械强度高以及化学稳定好的特点,主要用于电容器和微波电路元件.

介电陶瓷包括铁电介质陶瓷、半导体介质陶瓷、高频介质陶瓷和微波介质陶瓷等陶瓷介质材料.

纳米功能陶瓷

纳米功能陶瓷是应用于空气净化及水处理等具有抗菌、活化、吸附、过滤等功能的新型功能陶瓷,具有远红外释放功能、负离子释放功能、光催化抗菌功能、除臭、吸附、过滤功能、矿化功能.

压电陶瓷

压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、固相反应后而成的多晶体,并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称,是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料.由于具有较好的力学性能和稳定的压电性能,压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感功能材料,已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子元器件等方面得到了广泛的应用.

常用的压电元件有传感器、气体点火器、报警器、音响设备、医疗诊断设备及通讯等.通常的压电材料是PZT,新型压电陶瓷材料主要有:高灵敏、高稳定压电陶瓷材料、电致伸缩陶瓷材料、热释电陶瓷材料等.

透明功能陶瓷

透明功能陶瓷材料是在光学上透明的功能材料,它除了具有一般铁电陶瓷所有的基本特性以外,还具有优异的电光效应.通过组分的控制可呈现电控双折射效应、电控光散射效应、电控表面畸变效应、电致伸缩效应、热释电效应、光致伏特效应以及光致伸缩效应等.

透明陶瓷可以被制成各种用途的电-光、电-机军民两用器件:光通信用的光开关、光衰减器、光隔离器、光学存储、显示器、实时显示组页器、光纤对接、光纤熔接以及光衰减器等方面应用的微位移驱动器、光强传感器、光驱动器等.

随着材料科学的迅速发展,功能陶瓷材料的各种新性能、新应用不断被人们所认识,功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛应用.功能陶瓷也朝着高性能、高可靠性、多功能、微型化和集成化的方向发展.

电子陶瓷按功能和用途可以分为五类：绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和离子陶瓷。 简称装置瓷，具有优良的电绝缘性能，用作电子设备和器件中的结构件、基片和外壳等的电子陶瓷。绝缘装置瓷件包括各种绝缘子、线圈骨架、电子管座、波段开关、电容器支柱支架、集成电路基片和封装外壳等。对这类瓷的基本要求是介电常数ε低，介质损耗tanδ小，绝缘电阻率ρ高，击穿强度E 大，介电温度特性和频率特性好。此外，还要求有较高的机械强度和化学稳定性。

在这类陶瓷中以滑石瓷和氧化铝瓷应用最广。它们的主晶相成分分别为MgSiO3及Al2O3。滑石瓷的电绝缘性优良且成本较低，是用于射电频段内的典型高频装置瓷。氧化铝瓷是一类电绝缘性更佳的高频、高温、高强度装置瓷。其电性能和物理性能随 Al2O3含量的增多而提高。常用的有含75%、95%、99%Al2O3的高铝氧瓷。在一些要求极高的集成电路中，甚至还使用Al2O3含量达99.9%的纯刚玉瓷，其性质与蓝宝石单晶相近。高铝氧瓷，尤其是纯刚玉瓷的缺点是制造困难，烧成温度高、价格贵。

装置瓷中还有一类以氧化铍 (BeO）为代表的高热导瓷。含 BeO95%的氧化铍瓷的室温导热率与金属相同。氧化铍还具有良好的介电性、耐温度剧变性和很高的机械强度。其缺点是BeO原料的毒性很大，瓷料烧成温度高，因而限制了它的应用。氮化硼 (BN）瓷和氮化铝（AlN）瓷也属于高热导瓷，其导热性虽不及氧化铍瓷，但无毒，加工性能和介电性能均好，可供高频大功率晶体管和大规模集成电路中作散热及绝缘用。

研制出一类以SiC为基料，掺入少量BeO等杂质的热压陶瓷。这种陶瓷绝缘性能优良，热导率高于纯度为99%的氧化铍瓷。它的热膨胀系数与硅单晶可在宽温度范围内接近一致，可望在功率耗散较大的大规模集成电路中得到应用。

用作碳膜和金属膜电阻器基体的低碱长石瓷也是一类重要而价廉的装置瓷，但其介质损耗较大，不宜在高频下使用。 用作电容器介质的电子陶瓷。这类陶瓷用量最大、规格品种也最多。主要的有高频、低频电容器瓷和半导体电容器瓷。

高频电容器瓷 　属于Ⅰ类电容器瓷，主要用于制造高频电路中的高稳定性陶瓷电容器和温度补偿电容器。构成这类陶瓷的主要成分大多是碱土金属或稀土金属的钛酸盐和以钛酸盐为基的固溶体（表1）。

电子陶瓷

选用不同的陶瓷成分可以获得不同介电常数、介质损耗角正切 tanδ和介电温度系数αε的高频电容器瓷料，用以满足各种温度补偿的需要。表中的四钛酸钡瓷不仅是一种热稳定性高的电容器介质，而且还是一种优良的微波介质材料。

低频电容器瓷 　属于Ⅱ类电容器瓷，主要用于制造低频电路中的旁路、隔直流和滤波用的陶瓷电容器。主要特点是介电常数ε 高，损耗角正切较大且tanδ及ε随温度的变化率较大。这类陶瓷中应用最多的是以铁电钛酸钡（BaTiO3）为主成分，通过掺杂改性而得到的高ε（室温下可达20000）和ε的温度变化率低的瓷料。以平缓相变型铁电体铌镁酸铅 (PbMg1/3Nb2/3O3）等为主成分的低温烧结型低频独石电容器瓷料，也是重要的低频电容器瓷。

半导体电容器瓷 　利用半导体化的陶瓷外表面或晶粒间的内表面（晶界）上形成的绝缘层为电容器介质的电子陶瓷。其中利用陶瓷晶界层的介电性质而制成的边界层电容器是一类新型的高性能、高可靠的电容器，它的介电损耗小、绝缘电阻及工作电压高。半导体电容器瓷主要有BaTiO3及SrTiO3两大类。在以BaTiO3、SrTiO3或二者的固溶体为主晶相的陶瓷中，加入少量主掺杂物（如Dy2O3等）和其他添加物，在特殊的气氛下烧成后，即可得到N型半导体陶瓷。然后，再在表面上涂覆一层氧化物浆料（如CuO等），通过热处理使氧化物向陶瓷的晶界扩散，最终在半导体的所有晶粒之间形成一绝缘层。这种陶瓷的视在介电常数极高（可达 105以上）、介质损耗小（小于1%）、体电阻率高（高于 1011欧·厘米）、介质色散频率高（高于1吉赫）、抗潮性好，是一种高性能、高稳定的电容器介质。　铁电陶瓷 　以铁电性晶体为主晶相的电子陶瓷。已发现的铁电晶体不下千种，但作为铁电陶瓷主晶相的主要有钙钛矿或准钙钛矿型的铁电晶体或固溶体。　在一定的温度范围内晶体中存在着可随外加电场而转变方向的自发极化，这就是晶体的铁电性。当温度超过某一临界值──居里温度TC时，其极化强度下降为零，晶体即失去铁电性，而成为一般的顺电晶体；与此同时，晶体发生铁电相到顺电相的相变。铁电体的极化强度还随电场而剧烈变化（图1）。

电子陶瓷

铁电体的重要微观特征是具有电畴结构，即铁电体具有许多沿特定方向自发极化到饱和的小区域──电畴。这些取向不同的电畴以畴壁分开（图2a）。在相当强的外电场作用下，这种多畴晶体可以被电场强迫取向而单畴化（图2b）。这种电畴随外电场而反转取向的动力学过程，包括畴壁的运动过程以及新畴成核和成长的过程。 通过半导体化措施使陶瓷具有半导电性晶粒和绝缘性（或半导体性）晶界，从而呈现很强的界面势垒等半导体特性的电子陶瓷。

陶瓷半导体化的方法主要有强制还原法和施主掺杂法（亦称原子价控法）两种。两种方法都是在陶瓷的晶体中形成离子空位等缺陷，从而提供大量导电电子，使陶瓷中的晶粒成为某种类型（通常是 N型）的半导体。而这些晶粒之间的间层为绝缘层或另一类型（P 型）的半导体层。

半导体陶瓷种类很多，其中包括利用半导体瓷中晶粒本身性质制成的各种负温度系数热敏电阻；利用晶界性质制成的半导体电容器、ZnO 压敏电阻器、BaTiO3系正温度系数热敏电阻器、CdS/Cu2S太阳能电池；以及利用表面性质制成的各种陶瓷型湿敏电阻器和气敏电阻器等。表2列出典型的传感器用半导体陶瓷。

CdS/Cu2S系光电陶瓷不同于上表所列的利用绝缘晶界层性质的半导体瓷，它所利用的是N型CdS与P型Cu2S晶界层之间的PN异质结的光伏效应。用它制成的陶瓷太阳能电池，可以作为无人值守台站的电源，也可作为电子仪器中的光电耦合器件。 快离子导电的电子陶瓷。具有快速传递正离子的特性。典型代表是 β-Al2O3 瓷。这种陶瓷在300℃下离子电导率可达0.1/（欧·厘米），可用来制作较经济的高比率能量的固体电池，还可制作缓慢放电的高储能密度的电容器。它是有助于解决能源问题的材料。

晶界层电容器grain lx}undary la}cr c:aparitc}rfL'LC由平导化晶粒和晶界绝缘层所形成的一类陶瓷电容器。其晶粒为n型半导体，电阻率约为1!l'-一1C15}'cm或史低，品粒发较好，尺、}一约2U一lUU}ern或更大，Ilfl粒一与晶粒之间为极薄的层，厚度仅为l一分之几微米到数微木。

制品具有介电常[1] 数很高，约数万到数十万，介质损耗较低，温度系数较小，在电压和低限抗晶体管等线路，卜显示出非常优良的性能主要有铁酸钡系和钦酸惚系两类。工艺特点为施:E掺杂半导化，空气中次烧成或施卞掺杂高温中性〔氮气)或通氢还原烧成后，再经徐覆氧化铜等进行第二次烧成形成晶界绝缘层，即一次烧成。广泛用于收音机、电视机、台式电子汁算机、汽车和电子电路中

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