电子陶瓷材料复习课程.ppt

《电子陶瓷材料复习课程.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子陶瓷材料复习课程.ppt（33页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电子陶瓷材料LTCC基板优点基板优点缺陷的分类：瞬时瞬时缺陷缺陷电子电子缺陷缺陷点缺陷点缺陷线线 缺缺陷陷面面 缺缺陷陷体缺陷体缺陷声子声子电子电子空穴空穴晶格空位晶格空位格格点点间间填填隙原子隙原子置换原子置换原子位错位错晶晶 体体表面表面晶界晶界相界相界层错层错空洞空洞缺陷簇缺陷簇夹杂物夹杂物点缺陷的标记法：点缺陷的标记法：Kroger-Vink Notation:缺陷种类缺陷种类M X V晶晶格格空空位位非非金金属属元元素素符符号号金金属属元元素素符符号号缺陷有效电荷缺陷有效电荷 正电荷正电荷，负电荷，负电荷电中性电中性缺陷位置缺陷位置M X I格格点点间间填填隙隙位位置置非非金金属属元

2、元素素符符号号金金属属元元素素符符号号缺陷种类与有效电荷缺陷种类缺陷种类有效电荷有效电荷高价离子置换高价离子置换 +低价离子置换低价离子置换 -金属离子空位金属离子空位 -非金属离子空位非金属离子空位 +金属离子填隙金属离子填隙 +非金属离子填隙非金属离子填隙 -二二.晶体缺陷的研究：晶体缺陷的研究：1)结晶学观点出发，研究缺陷存在的形态结晶学观点出发，研究缺陷存在的形态2)热力学立场出发，研究缺陷生成的理论热力学立场出发，研究缺陷生成的理论依据依据 LDK玻璃技术指标准化学平衡法 n n原理原理原理原理将缺陷生成看作是一种化学反应将缺陷生成看作是一种化学反应将缺陷生成看作是一种化学反应将缺陷

3、生成看作是一种化学反应 n n缺陷反应方程式的规则：缺陷反应方程式的规则：缺陷反应方程式的规则：缺陷反应方程式的规则：(1)(1)质质质质量量量量关关关关系系系系原原原原子子子子数数数数平平平平衡衡衡衡，方方方方程程程程两两两两边边边边各各各各种种种种原子原子原子原子(或离子或离子或离子或离子)的个数必须相等的个数必须相等的个数必须相等的个数必须相等(2)(2)位位位位置置置置关关关关系系系系格格格格点点点点数数数数成成成成正正正正确确确确比比比比例例例例，每每每每增增增增加加加加a a个个个个MM格点，须增加格点，须增加格点，须增加格点，须增加b b个个个个X X格点格点格点格点(3)(3)

4、电荷关系电荷关系电荷关系电荷关系电荷平衡，方程两边的总有电荷平衡，方程两边的总有电荷平衡，方程两边的总有电荷平衡，方程两边的总有效电荷必须相同效电荷必须相同效电荷必须相同效电荷必须相同(晶体的电中性晶体的电中性晶体的电中性晶体的电中性)缺陷反应方程式应用示例缺陷反应方程式应用示例:具有具有Frankel缺陷的化学计量化合物缺陷的化学计量化合物M+2X-2：具具有有反反Frankel缺缺陷陷的的化化学学计计量量化化合合物物M+2X-2：具有具有Schottky缺陷的化学计量化合物缺陷的化学计量化合物M+2X-2：(无缺陷无缺陷)缺陷反应方程式应用示例缺陷反应方程式应用示例具有反具有反具有反具有反

5、SchottkySchottky缺陷的化学计量化合物缺陷的化学计量化合物缺陷的化学计量化合物缺陷的化学计量化合物MM+2+2X X-2-2：正离子缺位的非化学计量化合物正离子缺位的非化学计量化合物正离子缺位的非化学计量化合物正离子缺位的非化学计量化合物MM1-y1-yX(NiX(Ni1-y1-yO,CuO,Cu2-y2-yO,MnO,Mn1-y1-yOO等等等等)如果缺陷反应充分，则有如果缺陷反应充分，则有如果缺陷反应充分，则有如果缺陷反应充分，则有正离子缺位正离子缺位 一价电离一价电离 正离子缺位正离子缺位 二价电离二价电离为多子，为多子，p型半导体型半导体非非化化学学计计量量比比化化合合物

6、物MX1-y(负负离离子子缺缺位位)，如如TiO2-y,WO2-y等，等，若缺陷反应充分，则有：若缺陷反应充分，则有：如如BaTiO3在还原性气氛条件下烧结：在还原性气氛条件下烧结：e 为多子，为多子，n型半导体型半导体正离子填隙非化学计量化合物正离子填隙非化学计量化合物M1+yX充分反应充分反应 如：如：Zn1+yO在一定条件下以在一定条件下以 Zni 缺陷为主时，呈缺陷为主时，呈n型半导体型半导体负离子填隙非化学计量化合物负离子填隙非化学计量化合物MX1+y充分反应充分反应如如VO1+y，UO2+y在在一一定定条条件件下下，氧氧过过量量缺缺陷陷为为主主，呈呈p型型半半导体导体电子与空穴复合

7、电子与空穴复合三用质量作用定律表述缺陷浓度 质质量量作作用用定定律律在在一一定定温温度度下下，化化学学反反应应达达到到平平衡衡时时，正正反反两两方方面面参参加加反反应应的的组组元元浓浓度度乘乘积积之之比比保保持持为为常数常数:如：如：aA+bBcC+dD平衡常数平衡常数 将质量作用定律应用于缺陷反应式时，用将质量作用定律应用于缺陷反应式时，用 表示某表示某种缺陷的浓度，用种缺陷的浓度，用n、p分别表示电子、空穴的浓度，分别表示电子、空穴的浓度，气体的分压表示该气体的浓度。气体的分压表示该气体的浓度。如如：或 应用示例：应用示例：1)掺杂对电导的影响：掺杂对电导的影响：通常通常NiO为具有为具有

8、Ni缺位的非化学计量氧化物，缺位的非化学计量氧化物，p型半导体型半导体在在NiO中掺杂微量的中掺杂微量的Li+,Na+，K+等一价金属离子等一价金属离子可见，掺可见，掺Li+后，空穴浓度后，空穴浓度p要增大，要增大，NiO的电导率上升。的电导率上升。若在若在NiO中掺杂微量中掺杂微量Fe3+，Cr3+等三价金属离子。等三价金属离子。可见，掺入可见，掺入Fe3+后，电子浓度补偿了空穴浓度，后，电子浓度补偿了空穴浓度，使使NiO电导率下降。电导率下降。2)气氛对电导的影响：由上例气氛对电导的影响：由上例 根据电中性条件：根据电中性条件：因而因而代入上式：代入上式：得得:又因空穴电导率又因空穴电导率

9、 q-电电子子电电量量，p-空空穴迁移率穴迁移率 表明：表明：NiO的电导率随烧结或热处理过程中的氧分压的电导率随烧结或热处理过程中的氧分压的增加的增加按按1/6次方的指数规律增加。次方的指数规律增加。可从此关系反证可从此关系反证缺陷属何种类，进而推知导电机构。缺陷属何种类，进而推知导电机构。四.固溶体的概念及其分类 n n固固固固溶溶溶溶体体体体固固固固态态态态条条条条件件件件下下下下，一一一一种种种种组组组组分分分分内内内内溶溶溶溶解解解解了了了了其其其其它它它它组组组组分而形成的单一、均匀的晶态固体。分而形成的单一、均匀的晶态固体。分而形成的单一、均匀的晶态固体。分而形成的单一、均匀的晶

10、态固体。如：红宝石：如：红宝石：如：红宝石：如：红宝石：-AlAl2 2OO3 3+0.52%Cr+0.52%Cr2 2OO3 3（纯纯纯纯 -AlAl2 2OO3 3白宝石）白宝石）白宝石）白宝石）结构中结构中结构中结构中CrCr3+3+的存在能产生受激辐射，固体激光材料的存在能产生受激辐射，固体激光材料的存在能产生受激辐射，固体激光材料的存在能产生受激辐射，固体激光材料 n n固固固固溶溶溶溶体体体体中中中中不不不不同同同同组组组组分分分分的的的的结结结结构构构构基基基基元元元元是是是是以以以以原原原原子子子子尺尺尺尺度度度度混混混混合合合合的的的的，这种混合是以不破坏主晶相结构为前提的。

11、这种混合是以不破坏主晶相结构为前提的。这种混合是以不破坏主晶相结构为前提的。这种混合是以不破坏主晶相结构为前提的。n n组分间的固溶：晶体的生长过程组分间的固溶：晶体的生长过程组分间的固溶：晶体的生长过程组分间的固溶：晶体的生长过程溶液中结晶时溶液中结晶时溶液中结晶时溶液中结晶时烧结过程原子扩散烧结过程原子扩散烧结过程原子扩散烧结过程原子扩散n n固溶体与一般化合物有本质区别：固溶体与一般化合物有本质区别：固溶体与一般化合物有本质区别：固溶体与一般化合物有本质区别：化化化化合合合合物物物物A AmmB Bn n：A A、B B之之之之间间间间按按按按确确确确定定定定的的的的克克克克分分分分子子

12、子子比比比比例例例例m:nm:n化化化化合合合合，晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构固固固固有有有有既既既既不不不不同同同同于于于于A A，亦亦亦亦不不不不同于同于同于同于B B 固溶体：固溶体：固溶体：固溶体：A A、B B之间并不存在确定的克分子之间并不存在确定的克分子之间并不存在确定的克分子之间并不存在确定的克分子比，可以在一定范围内波动，其结构与主比，可以在一定范围内波动，其结构与主比，可以在一定范围内波动，其结构与主比，可以在一定范围内波动，其结构与主晶体结构一致。晶体结构一致。晶体结构一致。晶体结构一致。固溶体分类 一一一一、溶溶溶溶质质质质原原原原子子子子在在在在溶溶溶溶剂剂剂剂晶

13、晶晶晶体体体体结结结结构构构构中中中中所所所所处处处处的的的的位位位位置置置置分分分分类类类类(本质本质本质本质)1 1置置置置换换换换固固固固溶溶溶溶体体体体：无无无无机机机机材材材材料料料料多多多多发发发发生生生生在在在在金金金金属属属属阳阳阳阳离离离离子子子子的置换的置换的置换的置换2 2填填填填隙隙隙隙固固固固溶溶溶溶体体体体：无无无无机机机机材材材材料料料料多多多多发发发发生生生生在在在在阴阴阴阴离离离离子子子子所所所所形形形形成的间隙中成的间隙中成的间隙中成的间隙中二、按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度分类二、按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度分类二、按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度分类二、

14、按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度分类1 1连续固溶体：连续固溶体：连续固溶体：连续固溶体：SrSr+2+2BaBa+2+2BaTiOBaTiO3 32 2有限固溶体：有限固溶体：有限固溶体：有限固溶体：CaCa+2+2BaBa+2+2BaTiOBaTiO3 3形成固溶体的条件形成固溶体的条件 n1结构因素：晶格类型相同是形成无限固溶体的必要条件结构因素：晶格类型相同是形成无限固溶体的必要条件 晶格类型差别愈大，固溶度愈低晶格类型差别愈大，固溶度愈低n2离子半径因素离子半径因素离子半径相对差值离子半径相对差值 r：40形成的固溶体：无限形成的固溶体：无限有限有限 非固溶体非固溶体n3化学性质化学性

15、质 化学性质相似，酸碱性接近的组元易形成固溶体化学性质相似，酸碱性接近的组元易形成固溶体n4离子的电子构型离子的电子构型 离子的电子构型相同或相近的组元易形成固溶体离子的电子构型相同或相近的组元易形成固溶体 显微结构 陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷的的的的显显显显微微微微结结结结构构构构是是是是指指指指在在在在光光光光学学学学显显显显微微微微镜镜镜镜（如如如如金金金金相相相相显显显显 微微微微 镜镜镜镜、体体体体 式式式式 显显显显 微微微微 镜镜镜镜 等等等等）或或或或 是是是是 电电电电 子子子子 显显显显 微微微微 镜镜镜镜（SEMSEM、TEMTEM）下下下下观观观观察察察察到到到到的的的的陶陶陶陶

16、瓷瓷瓷瓷内内内内部部部部的的的的组组组组织织织织结结结结构构构构，也也也也就就就就是是是是陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷的的的的各各各各种种种种组组组组成成成成（晶晶晶晶相相相相、玻玻玻玻璃璃璃璃相相相相、气气气气相相相相）的的的的形形形形状状状状、大大大大小小小小、种种种种类类类类、数数数数量量量量、分分分分布布布布及及及及晶晶晶晶界界界界状状状状态态态态、宽宽宽宽度度度度等等等等。研研研研究究究究陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷的的的的显显显显微微微微结结结结构构构构时时时时往往往往往往往往将将将将样样样样品品品品放大数百倍到数千倍，观察范围为微米数量级放大数百倍到数千倍，观察范围为微米数量级放大数百倍到数千倍，观察范

17、围为微米数量级放大数百倍到数千倍，观察范围为微米数量级。微观结构微观结构 陶陶瓷瓷的的微微观观结结构构是是指指晶晶体体结结构构类类型型、对对称称性性、晶晶格格常常数数、原原子子排排列列情情况况及及晶晶格格缺缺陷陷等等，其其研研究究分分析析手手段段有有X射射线线衍衍射射、电电子子衍衍射射、场场离离子子显显微微镜镜等等。研研究究微微观观结结构构时时需需将将样样品品放放大大数百万倍，分析精度可达数埃。数百万倍，分析精度可达数埃。晶相晶相 晶晶晶晶相相相相是是是是指指指指陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷材材材材料料料料中中中中具具具具有有有有晶晶晶晶态态态态结结结结构构构构的的的的相相相相，它它它它是是是是陶瓷材料最

18、基本最主要的部分。陶瓷材料最基本最主要的部分。陶瓷材料最基本最主要的部分。陶瓷材料最基本最主要的部分。晶晶晶晶相相相相的的的的性性性性质质质质决决决决定定定定着着着着陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷材材材材料料料料的的的的性性性性质质质质，不不不不同同同同的的的的材材材材料料料料决决决决定定定定不不不不同同同同的的的的晶晶晶晶相相相相，晶晶晶晶相相相相包包包包括括括括主主主主晶晶晶晶相相相相和和和和次次次次晶晶晶晶相相相相（或或或或称析出晶相）陶瓷中可能有好几种晶相。称析出晶相）陶瓷中可能有好几种晶相。称析出晶相）陶瓷中可能有好几种晶相。称析出晶相）陶瓷中可能有好几种晶相。2 2 玻璃相玻璃相玻璃相玻璃相玻玻

19、玻玻璃璃璃璃相相相相是是是是指指指指陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷材材材材料料料料中中中中的的的的非非非非晶晶晶晶态态态态物物物物质质质质。玻玻玻玻璃璃璃璃相相相相分分分分布布布布在在在在晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的周周周周围围围围成成成成连连连连续续续续状状状状或或或或仅仅仅仅仅仅仅仅分分分分布布布布在在在在三三三三界界界界处处处处，也也也也可可可可能形成孤岛状。能形成孤岛状。能形成孤岛状。能形成孤岛状。显微结构玻璃相的作用：玻璃相的作用：a粘结的作用，填充晶粒的间隙把晶粒粘在一起使陶瓷密化粘结的作用，填充晶粒的间隙把晶粒粘在一起使陶瓷密化 b降低烧结温度促进烧结的作用蒸发一凝聚扩散机理降低烧结温度促进烧结的

20、作用蒸发一凝聚扩散机理 c阻止或延缓晶型转变抑制二次晶粒长大阻止或延缓晶型转变抑制二次晶粒长大 因此玻璃相可提高材料的抗电强度和机械强度因此玻璃相可提高材料的抗电强度和机械强度玻玻璃璃相相的的缺缺点点：结结构构疏疏松松Na+，K+等等金金属属离离子子作作为为网网络络的的变变性性剂剂易易进进入入玻玻璃璃网网络络，在在外外电电场场作作用用下下易易迁迁移移故故电电导导产产生生松松驰驰极极化化使使介介质质损损耗耗（tg&）对对材材料料的的机机械械强强度度、热热热热稳稳稳稳定定定定性性性性也也也也有有有有影响。影响。影响。影响。显微结构n n 气相：气相：气相：气相：uu形形形形成成成成：:烧烧烧烧结结

21、结结过过过过程程程程就就就就职职职职气气气气孔孔孔孔排排排排除除除除材材材材料料料料改改改改变变变变密密密密化化化化的的的的过过过过程程程程，坯坯坯坯体体体体中中中中的的的的空空空空气气气气水水水水汽汽汽汽粒粒粒粒合合合合剂剂剂剂和和和和易易易易挥挥挥挥发发发发物物物物形形形形成成成成形形形形成成成成的的的的气气气气体体体体，化化化化合合合合物物物物分分分分解解解解的的的的气气气气体体体体等等等等在在在在烧烧烧烧结结结结过过过过程程程程中中中中大大大大部部部部分分分分沿沿沿沿陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷晶晶晶晶界界界界扩扩扩扩散散散散排排排排除除除除，然然然然而而而而总总总总有有有有点点点点少少少少部部部

22、部分分分分特特特特别别别别是是是是裹裹裹裹在在在在晶晶晶晶粒粒粒粒中中中中的的的的气气气气体体体体不不不不能能能能排排排排除除除除它它它它们们们们以以以以OO2 2，HH2 2，N N2 2，COCO2 2，HH2 2OO等等等等形形形形成成成成式式式式停停停停留留留留在在在在材材材材料料料料中中中中而而而而形形形形成成成成气气气气相相相相气气气气相相相相对对对对陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷材材材材料料料料的的的的电电电电学学学学热热热热学学学学光光光光学学学学和和和和机机机机械械械械强强强强度度度度都都都都有有有有影影影影响响响响。影影影影响响响响：a a 使使使使抗抗抗抗电电电电强强强强度度度度下下下

23、下降降降降；b b 使使使使机机机机械械械械强强强强度下降；度下降；度下降；度下降；c c气孔使光的透过率下降气孔使光的透过率下降气孔使光的透过率下降气孔使光的透过率下降显微结构显微结构n n4晶晶界界:在在多多晶晶材材料料的的形形成成过过程程中中，晶晶粒粒是是各各自自为为核核心心长长大大的的，到到后后期期晶晶粒粒长长大大至至相相互互接触，共同组成了晶粒间界。接触，共同组成了晶粒间界。uu1.1.晶晶晶晶界界界界是是是是指指指指同同同同类类类类物物物物质质质质的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒间间间间界界界界（GBGB），相相相相界界界界是是是是指不同类（异相）物质的晶粒间界（指不同类（异相）物质的晶粒

24、间界（指不同类（异相）物质的晶粒间界（指不同类（异相）物质的晶粒间界（PBPB）n n晶界的特点（性质）：晶界的特点（性质）：uuA A晶界处存在大量缺陷晶界处存在大量缺陷晶界处存在大量缺陷晶界处存在大量缺陷uuB B晶界处有空间电荷区晶界处有空间电荷区晶界处有空间电荷区晶界处有空间电荷区uuC C晶界上易出现杂质偏析晶界上易出现杂质偏析晶界上易出现杂质偏析晶界上易出现杂质偏析显微结构显微结构n n5 相界的特点：相界的特点：uu 由由由由于于于于两两两两相相相相物物物物质质质质之之之之间间间间成成成成分分分分结结结结构构构构，键键键键特特特特性性性性不不不不同同同同，晶晶晶晶格格格格场场场场

25、有有有有较较较较大大大大的的的的区区区区别别别别，故故故故相相相相界界界界结结结结构构构构一一一一般般般般都都都都较较较较同同同同类类类类晶晶晶晶界界界界复复复复杂杂杂杂，且且且且厚厚厚厚些些些些。两两两两相相相相物物物物质质质质间间间间可可可可能能能能出出出出现现现现互互互互扩扩扩扩散散散散和超限固溶，晶相能高。和超限固溶，晶相能高。和超限固溶，晶相能高。和超限固溶，晶相能高。异相共格模型异相共格模型uu 分类：分类：分类：分类：互扩散模型互扩散模型互扩散模型互扩散模型 过渡层模型过渡层模型显微结构显微结构杂质在陶瓷晶界的分布杂质在陶瓷晶界的分布致致 谢谢此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢