功能陶瓷材料及其应用研究进展[1].pdf
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1、功能陶瓷材料及其应用研究进展李龙土清华大学材料系,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京摘要介绍铁电、压电等功能陶瓷及其片式元件应用研究的若干新进展。基于过渡液相烧结机制的高性能压电陶瓷材料具有低烧结温度、高压电常数和低介质损耗等诸多优汽。低烧多层压电变压器盯以其低驱动电压、小体积、高升压比、薄型片式化等优点在液晶显示背光电源等方面获得应用。多层压电 变压器及其背光电源具有高功率密度、高转换效率、薄型化和低成本等特点。基于缺陷化学原理和无晶粒长大的致密化烧结动力学,制备了亚微米纳米晶钦酸钡基陶瓷及其薄层化戏金属内电极。研制了低烧铁氧体材抖及其片式电感器。介绍 了压电陶瓷超声微马达的结构与特性。
2、关键词铁电陶瓷压电陶瓷铁氧体多层陶瓷电容器多层压电变压器而互肠卿,峨,蜘,眼,记一,一而肠一叮,对,一,砂,一叮杭石币而币功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。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。它是电子信息、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。电子信息技术的集成化和微型化的发展趋势,推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄型、多功能和高可靠的方向发展。功能陶瓷元器件多层化、片式化、
3、集成化、模块化和多功能化以及高性能低成本是其发展的总趋势。本文着重介绍部分功能陶瓷及其片式元器件应用研究的新进展。作者简介 李龙土一,男,本科,教授中国工程院院士主要从事功能陶瓷的研究铁电陶瓷及其高性能片式元器件多层片式陶瓷电容器是一种量大面广的重要电子元器件,广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。大容量、薄层化、低成本、高可靠等是发展的主要方向。是陶瓷介质材料、相关辅助材料以及精细制备工艺相结合的高技术产品。陶瓷介质材料是影响诸多性能的关键因素。钦酸钡铁电陶瓷是的主流材料。它在居里点附近虽然有较高的介电常数,但其温度变化率也较大。温度稳定型是一种有广泛而重要用途的片式元件。如何保证高介电
4、常数与低容温变化率兼优是一个技术难题。研究结果表明通过添加物复合掺杂,控制烧结过程以形成化学成分不均匀的“芯铁电相一壳顺电相”结构,所制备的钦酸钡基材料的室温介电常数可达左右,室温介电损耗小于,电阻率为,击穿场强高于,容温变化率小于或等于士川。它为制备军用高可靠大容量提供了关键新材料。发展新一代超薄型大容量贱金属内电极对陶瓷材料和制备工艺提出了许多科学与技术方面的问题。的层厚由原来的几十微米降到几微米,甚至一林。这对陶瓷介质材料的晶粒尺寸及微观结构的控制提出更高要求,即需要制备亚微米 纳米晶钦酸钡陶瓷。采用贱金属内电极,制备,必须研制抗还原烧结钦酸钡陶瓷介质材料。由于的平衡氧分压很低,电极在氧
5、化气氛中烧结极易氧化而失去电极作用。解决钦酸钡陶瓷在低氧分压气氛烧结而不被还原的缺陷化学原理为的实用化和产业化提供了理论与技术指导。近年来,的产业化规模及其在片式多层陶瓷电容器的市场占有率不断增大,应用于高端产品的材料和技术仍是当前的研究热点和难点。采用高品质铁酸钡粉体和受主、施主以及稀土掺杂,通过独特的烧结工艺,制备了高性能亚微米晶钦酸钡抗还原瓷料。陶瓷晶粒,室温介电常数一,击穿场强,绝缘电阻率为,容温变化率小于或等于士,室温介电损耗小于,。所研制的亚微米晶贱金属具有细晶、高介电常数和高的耐压特性,为新一代薄层化提供了关键材料与技术。压电陶瓷及其新型压电元器件基于过渡液相烧结机制,通过精选材
6、料组成体系和添加物改性,研制了一系列高性能与低温烧结兼优的压电陶瓷材料。其中锐镁一锭镍一错钦酸铅一一四元系压电陶瓷通过添加适量,和,烧结温度降至一,材料仍有很好的压电性能。例如当烧结温度为,压电常数碗为,机电祸合系数凡为,室温介电常数孔为,介电损耗司为一”。该低温烧结压电瓷料用于制备压电厚膜微泵。适当改性的钥镁一妮锌一错钦酸铅一一压电陶瓷为低烧片式多层压电变压器盯提供了关键材料。该材料烧结温度在左右,凡为,山。为如,占小于或等于一,孤为。所制备的具有低驱动电压、高升压比、薄型片式化、无燃烧短路隐患、能量转换效率高、适合表面安装、无电磁干扰等诸多优点。盯及其液晶显示器背光电源 的应用研究与产业化
7、已取得新的进展。伴随着数字化信息技术的发展,低功耗、小型化、数字化、多功能的显示技术日益受到重视。液晶显示器是片式压电变压器的重要应用领域之一。通过有限元分析和多普勒激光扫描测振仪对叮半波与全波谐振的振动模态与机电谐振特性进行的分析表明,件谐振状态下沿长度方向的质点位移随输人电压的增大呈现规律变化,最大的位移发生在端部。对半波谐振而言,节点位置并非在盯的正中间,为其最佳节点位置。这种非对称的位移分布可能与横一纵向振模的结构不对称有关。驱动方式与条件的优化对改进盯的负载特性与能力、提高其转换效率有重要影响。近些年来发展起来的超声波马达是一种基于压 电陶瓷的逆压电效应及其超声波振动实现驱动的新型驱
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- 功能 陶瓷材料 及其 应用 研究进展
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