Molti materiali per corpi sinterizzati composti principalmente da ossidi sono ampiamente utilizzati nella produzione di componenti funzionali elettronici. Il processo di produzione della ceramica elettronica è più o meno lo stesso di quello della ceramica tradizionale.
Ceramica elettronica, o ceramiche per l'industria elettronica, sono fondamentalmente diversi dalle ceramiche generali per l'energia elettrica in termini di composizione chimica, microstruttura e proprietà elettromeccaniche. Queste differenze sono formate da una serie di requisiti tecnici speciali proposti dall'industria elettronica per la ceramica elettronica, il più importante dei quali è avere un'elevata resistenza meccanica, resistenza alle alte temperature e all'umidità, resistenza alle radiazioni, e un'ampia gamma di costanti dielettriche. Il valore della tangente della perdita dielettrica è piccolo, e il coefficiente di temperatura della capacità può essere regolato (oppure è possibile regolare la velocità di variazione della capacità). Elevata rigidità elettrica e resistenza di isolamento, ed eccellenti prestazioni di invecchiamento.
Ceramica elettronica possono essere suddivisi in cinque categorie in base alle loro funzioni e usi: ceramica isolante, condensatori ceramici, ceramiche ferroelettriche, ceramiche semiconduttrici e ceramiche ioniche.
Dispositivo di isolamento in ceramica
Indicato come dispositivo di porcellana, ha eccellenti proprietà di isolamento elettrico e viene utilizzata come ceramica elettronica per parti strutturali, substrati e involucri in apparecchiature e dispositivi elettronici. La porcellana del dispositivo di isolamento include vari isolanti, telai a spirale, porta tubi, interruttori di banda, staffe di supporto del condensatore, substrati di circuiti integrati e involucri di imballaggio. I requisiti di base per questo tipo di porcellana sono una bassa costante dielettrica ε, piccola perdita dielettrica tanδ, elevata resistività di isolamento ρ, elevata resistenza alla rottura E, e buone caratteristiche di temperatura dielettrica e caratteristiche di frequenza. Inoltre, sono inoltre richieste una maggiore resistenza meccanica e stabilità chimica.
Tra questi tipi di ceramica, la porcellana di talco e la porcellana di allumina sono le più utilizzate. I loro principali componenti della fase cristallina sono e rispettivamente. Il talco ha un ottimo isolamento elettrico e un basso costo, ed è un tipico dispositivo di porcellana ad alta frequenza utilizzato nelle bande di radiofrequenza. La porcellana di allumina è una specie di alta frequenza, porcellana per dispositivi ad alta temperatura e ad alta resistenza con un migliore isolamento elettrico. Le sue proprietà elettriche e fisiche aumentano con l'aumento del contenuto di ossido di alluminio. Comunemente utilizzati sono porcellana ad alto contenuto di allumina 75%, 95%, ohm Automobile Lambda Sonda ossigeno 12V_1 99% allumina. In alcuni circuiti integrati molto esigenti, anche pura porcellana corindone con un contenuto di ossido di alluminio di 99.9% viene utilizzato, le cui proprietà sono simili ai singoli cristalli di zaffiro. Gli svantaggi della porcellana ad alto contenuto di allumina, soprattutto pura porcellana corindone, sono difficoltà di fabbricazione, alta temperatura di cottura e prezzo elevato.
Esiste anche un tipo di porcellana ad alta conducibilità termica rappresentata dall'ossido di berillio (BeO) nella porcellana del dispositivo. La conducibilità termica a temperatura ambiente della porcellana di ossido di berillio contenente BeO95% è la stessa di quella del metallo. L'ossido di berillio ha anche buone proprietà dielettriche, resistenza alla temperatura ed elevata resistenza meccanica. Lo svantaggio è che la materia prima di BeO è molto tossica, e il materiale ceramico ha una temperatura di cottura elevata, che ne limita l'applicazione. Nitruro di boro (BN) porcellana e nitruro di alluminio (Al N) le porcellane sono anche porcellane ad alta conducibilità termica. Sebbene la loro conduttività termica non sia buona come quella della porcellana di ossido di berillio, sono atossici, buona processabilità e proprietà dielettriche, e può essere utilizzato per transistor ad alta frequenza e ad alta potenza. Utilizzato per la dissipazione del calore e l'isolamento nei circuiti integrati su larga scala.
Ha sviluppato una sorta di ceramica pressata a caldo con SiC come materiale di base e drogata con una piccola quantità di BeO e altre impurità. Questo tipo di ceramica ha eccellenti proprietà isolanti, e la sua conduttività termica è superiore a quella della porcellana di ossido di berillio con una purezza di 99%. Il suo coefficiente di dilatazione termica è vicino a quello dei cristalli singoli di silicio in un ampio intervallo di temperature, e dovrebbe essere utilizzato in circuiti integrati su larga scala con grande dissipazione di potenza.
Porcellana feldspatica a basso contenuto di alcali, che viene utilizzato come matrice di resistori a film di carbonio e film metallico, è anche un dispositivo importante ed economico in porcellana, ma la sua perdita dielettrica è grande e non è adatto per l'uso alle alte frequenze.
Condensatori ceramici
Ceramica elettronica utilizzata come dielettrico dei condensatori. Questo tipo di ceramica ha il maggior consumo e la più grande varietà di specifiche. I principali sono i condensatori ceramici ad alta e bassa frequenza e i condensatori a semiconduttore ceramici.
La porcellana del condensatore ad alta frequenza appartiene alla porcellana del condensatore di classe I, utilizzato principalmente per produrre condensatori ceramici ad alta stabilità e condensatori di compensazione della temperatura in circuiti ad alta frequenza. I componenti principali di questo tipo di ceramica sono per lo più titanati di metalli alcalino-terrosi o di terre rare e soluzioni solide a base di titanato (Tavolo 1).
Ceramica elettronica
La selezione di diversi componenti ceramici può ottenere ceramiche di condensatori ad alta frequenza con diverse costanti dielettriche, perdita dielettrica tanδ tangente e coefficiente di temperatura dielettrico αε per soddisfare le esigenze di varie compensazioni di temperatura. La porcellana di tetratitanato di bario nella tavola non è solo un condensatore dielettrico con elevata stabilità termica, ma anche un ottimo materiale dielettrico per microonde.
La porcellana del condensatore a bassa frequenza appartiene alla porcellana del condensatore di classe Ⅱ, che viene utilizzato principalmente per produrre condensatori ceramici per bypass, Blocco e filtraggio DC nei circuiti a bassa frequenza. Le caratteristiche principali sono l'elevata costante dielettrica ε, tangente di grande perdita, e grande velocità di variazione di tanδ e ε con la temperatura. Il più utilizzato di questo tipo di ceramica è il titanato di bario ferroelettrico (BaTiO3) come componente principale, che si ottiene drogando una modifica con ε alta (fino a 20000 a temperatura ambiente) e bassa velocità di variazione della temperatura ε. Ceramica di condensatori monolitici sinterizzati a bassa frequenza a bassa temperatura composta principalmente da niobato di magnesio di piombo ferroelettrico a cambiamento di fase delicato (PbMg1/3Nb2/3O3) sono anche importanti condensatori ceramici a bassa frequenza.
Condensatore a semiconduttore in ceramica Lo strato isolante formato sulla superficie esterna della ceramica semiconduttrice o sulla superficie interna (confine di grano) tra i grani di cristallo c'è una ceramica elettronica che è il dielettrico del condensatore. Tra loro, il condensatore dello strato limite realizzato utilizzando le proprietà dielettriche dello strato limite del grano ceramico è un nuovo tipo di condensatore ad alte prestazioni e alta affidabilità, che ha una piccola perdita dielettrica, elevata resistenza di isolamento e alta tensione di lavoro. La costante dielettrica apparente di questa ceramica è estremamente elevata (fino a 105), bassa perdita dielettrica (meno di 1%), resistività ad alto volume (superiore a 1011 ohm·si forma un eutettico rame-ossigeno che si lega con successo sia al rame che agli ossidi usati come substrati), e alta frequenza di dispersione dielettrica (sopra 1 GHz) ), buona resistenza all'umidità, è un ad alte prestazioni, condensatore medio ad alta stabilità. Ceramica ferroelettrica Ceramica elettronica con cristalli ferroelettrici come fase cristallina principale. Sono stati scoperti non meno di mille tipi di cristalli ferroelettrici, ma come fase cristallina principale della ceramica ferroelettrica, ci sono principalmente cristalli ferroelettrici di tipo perovskite o quasi-perovskite o soluzioni solide. In un certo intervallo di temperatura, c'è una polarizzazione spontanea nel cristallo che può cambiare direzione con il campo elettrico applicato. Questa è la ferroelettricità del cristallo. Quando la temperatura supera un certo valore critico ─ ─ Temperatura di Curie TC, la sua intensità di polarizzazione scende a zero, il cristallo perde ferroelettricità, e diventa un normale cristallo paraelettrico; allo stesso tempo, il cristallo subisce una fase ferroelettrica in una fase paraelettrica Cambio di fase. Anche l'intensità di polarizzazione dei ferroelettrici cambia drasticamente con il campo elettrico.
Ceramica elettronica
Un'importante caratteristica microscopica dei ferroelettrici è la struttura del dominio elettrico, questo è, i ferroelettrici hanno molte piccole regioni che sono spontaneamente polarizzate alla saturazione in una direzione specifica ─ ─ domini elettrici. Questi domini con orientamenti diversi sono separati da muri di dominio. Sotto l'azione di un campo elettrico esterno relativamente forte, questo cristallo multidominio può essere forzato ad essere orientato dal campo elettrico e diventare a dominio singolo. Questo tipo di processo dinamico in cui i domini elettrici invertono il loro orientamento con un campo elettrico esterno, compreso il movimento dei muri di dominio e la nucleazione e la crescita di nuovi domini.
Ceramica ferroelettrica
Multifunzionale e versatile. Usando le sue proprietà piezoelettriche possono essere trasformati in dispositivi piezoelettrici, che è l'applicazione principale della ceramica ferroelettrica, quindi le ceramiche ferroelettriche sono spesso indicate come ceramiche piezoelettriche. Utilizzo delle caratteristiche piroelettriche della ceramica ferroelettrica (l'effetto del rilascio di cariche sulla superficie del corpo ferroelettrico dovuto alla variazione dell'intensità di polarizzazione al variare della temperatura) possono essere trasformati in rivelatori a infrarossi, che può essere utilizzato nella misurazione della temperatura, controllo della temperatura, telerilevamento, e Biologia, la medicina e altri campi hanno un importante valore applicativo. Tipiche ceramiche piroelettriche includono il titanato di piombo (PbTiO3) e così via. Utilizzando il forte effetto elettro-ottico della ceramica ferroelettrica trasparente PLZT (Titanato di zirconato di piombo drogato con lantanio) (le proprietà ottiche della ceramica ferroelettrica trasparente vengono modificate dal controllo dello stato del dominio della ceramica ferroelettrica trasparente da parte di un campo elettrico esterno, esibendo così la birifrangenza controllata elettronicamente e la luce controllata elettronicamente L'effetto della dispersione) possono essere trasformati in nuovi dispositivi come i modulatori laser, display fotoelettrici, memorizzazione ottica delle informazioni, interruttori ottici, sensori fotoelettrici, memorizzazione e visualizzazione delle immagini, e occhiali protettivi per radiazioni laser o nucleari.
Ceramica a semiconduttore
Ceramiche elettroniche che hanno grani cristallini semiconduttori e isolanti (o semiconduttore) bordi di grano attraverso misure di semiconduttori, presentando così forti barriere di interfaccia e altre caratteristiche dei semiconduttori.
Ci sono due metodi principali di semiconduttori ceramici: metodo di riduzione forzata e metodo di doping del donatore (noto anche come metodo di controllo della valenza atomica). Entrambi i metodi devono formare difetti come posti liberi ionici nei cristalli di ceramica, fornendo così un gran numero di elettroni conduttivi, in modo che i grani di cristallo nella ceramica diventino un certo tipo (di solito di tipo N) ~3 ×10-6/℃. Lo strato intermedio tra questi grani di cristallo è uno strato isolante o un altro tipo (tipo P) strato semiconduttore.
Esistono molti tipi di ceramiche a semiconduttore, compresi vari termistori a coefficiente di temperatura negativo realizzati con la natura dei grani di cristallo nella ceramica a semiconduttore; condensatori a semiconduttore realizzati con proprietà di confine di grano, Varistori ZnO, e Resistori a coefficiente di temperatura positivo serie BaTiO3, Celle solari CdS/Cu2S; e vari resistori in ceramica sensibili all'umidità e resistori sensibili al gas realizzati con proprietà superficiali. Tavolo 2 elenca le tipiche ceramiche a semiconduttore per sensori.
Le ceramiche fotoelettriche CdS/Cu2S sono diverse dalle ceramiche semiconduttrici elencate nella tabella precedente che utilizzano le proprietà dello strato limite di grano isolante. Utilizza l'effetto fotovoltaico dell'eterogiunzione PN tra il CdS di tipo N e lo strato limite di grano Cu2S di tipo P. La cella solare in ceramica realizzata con essa può essere utilizzata come fonte di alimentazione per stazioni non presidiate e come dispositivo di accoppiamento fotoelettrico in strumenti elettronici.
Ceramica ionica
Ceramica elettronica con conducibilità ionica veloce. Ha le caratteristiche di consegna rapida di ioni positivi. Il tipico rappresentante è la porcellana β-Al2O3. La conducibilità ionica di questo tipo di ceramica può raggiungere 0.1/(ohm·si forma un eutettico rame-ossigeno che si lega con successo sia al rame che agli ossidi usati come substrati) a 300 ℃, che può essere utilizzato per produrre batterie solide più economiche con un elevato rapporto energetico, e può anche realizzare condensatori a scarica lenta con un'elevata densità di accumulo di energia. È un materiale che aiuta a risolvere i problemi energetici.
Di FUBOON Team di ingegneri avanzati.
