電子陶瓷（electronic ceramic），是指在電子工業(yè)中能夠利用電、磁性質(zhì)的陶瓷。電子陶瓷是通過對表面、晶界和尺寸結(jié)構(gòu)的精密控制而最終獲得具有新功能的陶瓷。在能源、家用電器、汽車等方面可以廣泛應(yīng)用。
簡介
廣泛用于制作電子功能元件的、多數(shù)以氧化物為主成分的燒結(jié)體材料。電子陶瓷的制造工藝與傳統(tǒng)的陶瓷工藝大致相同。
電子陶瓷或稱電子工業(yè)用陶瓷，它在化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)電性能上，均與一般的電力用陶瓷有著本質(zhì)的區(qū)別。這些區(qū)別是電子工業(yè)對電子陶瓷所提出的一系列特殊技術(shù)要求而形成的，其中最重要的是須具有高的機(jī)械強(qiáng)度，耐高溫高濕，抗輻射，介質(zhì)常數(shù)在很寬的范圍內(nèi)變化，
介質(zhì)損耗角正切值小，
電容量溫度系數(shù)可以調(diào)整（或
電容量變化率可調(diào)整）．
抗電強(qiáng)度和
絕緣電阻值高，以及老化性能優(yōu)異等。
發(fā)展過程
電子陶瓷材料的發(fā)展，同物理化學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、硅酸鹽物理化學(xué)、固體物理學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、無線電電子學(xué)等的發(fā)展密切相關(guān)，它們相互促進(jìn)，從而在電子技術(shù)的飛躍發(fā)展中，使電子陶瓷也相應(yīng)地取得了很大進(jìn)展。
分類
電子陶瓷按功能和用途可以分為五類：絕緣裝置瓷、電容器瓷、鐵電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷和離子陶瓷。
絕緣裝置瓷
簡稱裝置瓷，具有優(yōu)良的電絕緣性能，用作電子設(shè)備和器件中的結(jié)構(gòu)件、基片和外殼等的電子陶瓷。絕緣裝置瓷件包括各種絕緣子、線圈骨架、電子管座、波段開關(guān)、電容器支柱支架、集成電路基片和封裝外殼等。對這類瓷的基本要求是介電常數(shù)ε低，介質(zhì)損耗tanδ小，絕緣電阻率ρ高，擊穿強(qiáng)度E 大，介電溫度特性和頻率特性好。此外，還要求有較高的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。
在這類陶瓷中以
滑石瓷和
氧化鋁瓷應(yīng)用最廣。它們的主晶相成分分別為MgSiO3及Al2O3?；傻?a target="_blank" >電絕緣性優(yōu)良且成本較低，是用于射電頻段內(nèi)的典型高頻
裝置瓷。氧化鋁瓷是一類電絕緣性更佳的高頻、高溫、高強(qiáng)度裝置瓷。其電性能和物理性能隨
三氧化二鋁含量的增多而提高。常用的有含75%、95%、99%三氧化二鋁的高鋁氧瓷。在一些要求極高的集成電路中，甚至還使用三氧化二鋁含量達(dá)99.9%的純剛玉瓷，其性質(zhì)與藍(lán)寶石單晶相近。高鋁氧瓷，尤其是純剛玉瓷的缺點是制造困難，
燒成溫度高、價格貴。
研制出一類以SiC為基料，摻入少量BeO等雜質(zhì)的熱壓陶瓷。這種陶瓷絕緣性能優(yōu)良，
熱導(dǎo)率高于純度為99%的氧化鈹瓷。它的
熱膨脹系數(shù)與
硅單晶可在寬溫度范圍內(nèi)接近一致，可望在功率耗散較大的大規(guī)模集成電路中得到應(yīng)用。
電容器瓷
用作
電容器介質(zhì)的電子陶瓷。這類陶瓷用量最大、規(guī)格品種也最多。主要的有高頻、低頻電容器瓷和半導(dǎo)體電容器瓷。
電子陶瓷
低頻電容器瓷 屬于Ⅱ類電容器瓷，主要用于制造低頻電路中的旁路、隔直流和濾波用的
陶瓷電容器。主要特點是介電常數(shù)
ε 高，
損耗角正切較大且tan
δ及
ε隨溫度的變化率較大。這類陶瓷中應(yīng)用最多的是以鐵電鈦酸鋇（BaTiO3）為主成分，通過摻雜改性而得到的高
ε（室溫下可達(dá)20000）和
ε的溫度變化率低的瓷料。以平緩相變型
鐵電體鈮鎂酸鉛 (PbMg1/3Nb2/3O3）等為主成分的
低溫?zé)Y(jié)型低頻
獨(dú)石電容器瓷料，也是重要的低頻電容器瓷。
半導(dǎo)體電容器瓷 利用半導(dǎo)體化的陶瓷外表面或
晶粒間的內(nèi)表面（
晶界）上形成的絕緣層為電容器介質(zhì)的電子陶瓷。其中利用陶瓷晶界層的介電性質(zhì)而制成的
邊界層電容器是一類新型的高性能、高可靠的電容器，它的
介電損耗小、
絕緣電阻及工作電壓高。這種陶瓷的視在
介電常數(shù)極高（可達(dá) 105以上）、
介質(zhì)損耗?。ㄐ∮?%）、體
電阻率高（高于 1011歐·厘米）、介質(zhì)
色散頻率高（高于1
吉赫）、抗潮性好，是一種高性能、高穩(wěn)定的電容器介質(zhì)。
鐵電陶瓷 以
鐵電性晶體為主
晶相的電子陶瓷。已發(fā)現(xiàn)的
鐵電晶體不下千種，但作為鐵電陶瓷
主晶相的主要有
鈣鈦礦或準(zhǔn)鈣鈦礦型的鐵電晶體或固溶體?！≡谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)晶體中存在著可隨外加電場而轉(zhuǎn)變方向的
自發(fā)極化，這就是晶體的鐵電性。當(dāng)溫度超過某一
臨界值──居里溫度TC時，其極化強(qiáng)度下降為零，晶體即失去鐵電性，而成為一般的順電晶體；與此同時，晶體發(fā)生鐵電相到順電相的相變。
鐵電體的極化強(qiáng)度還隨電場而劇烈變化。
電子陶瓷
鐵電體的重要微觀特征是具有電疇結(jié)構(gòu)，即鐵電體具有許多沿特定方向自發(fā)極化到飽和的小區(qū)域──電疇。這些取向不同的電疇以疇壁分開。在相當(dāng)強(qiáng)的外電場作用下，這種多疇晶體可以被電場強(qiáng)迫取向而單疇化。這種電疇隨外電場而反轉(zhuǎn)取向的動力學(xué)過程，包括疇壁的運(yùn)動過程以及新疇成核和成長的過程。
鐵電陶瓷
功能多、用途廣。利用其壓電特性可以制成
壓電器件，這是
鐵電陶瓷的主要應(yīng)用，因而常把鐵電陶瓷稱為
壓電陶瓷。利用鐵電陶瓷的熱釋電特性（在溫度變化時，因極化強(qiáng)度的變化而在
鐵電體表面釋放電荷的效應(yīng)）可以制成紅外探測器件，在測溫、控溫、
遙測、遙感以至生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價值。典型的
熱釋電陶瓷有
鈦酸鉛（PbTiO3）等。利用
透明鐵電陶瓷PLZT（摻鑭的鈦
鋯酸鉛）的強(qiáng)電光效應(yīng)（通過外加電場對透明鐵電陶瓷
電疇狀態(tài)的控制而改變其光學(xué)性質(zhì)，從而表現(xiàn)出電控
雙折射和電控光散射的效應(yīng)），可以制成激光
調(diào)制器、光電顯示器、光信息
存儲器、
光開關(guān)、
光電傳感器、
圖像存儲和顯示器，以及激光或
核輻射防護(hù)鏡等新型器件。
半導(dǎo)體陶瓷通過半導(dǎo)體化措施使陶瓷具有半導(dǎo)電性晶粒和絕緣性（或半導(dǎo)體性）晶界，從而呈現(xiàn)很強(qiáng)的界面勢壘等半導(dǎo)體特性的電子陶瓷。
陶瓷半導(dǎo)體化的方法主要有強(qiáng)制還原法和施主摻雜法（亦稱原子價控法）兩種。兩種方法都是在陶瓷的晶體中形成離子空位等缺陷，從而提供大量導(dǎo)電電子，使陶瓷中的晶粒成為某種類型（通常是 N型）的半導(dǎo)體。而這些晶粒之間的間層為絕緣層或另一類型（P 型）的半導(dǎo)體層。
離子陶瓷
快離子導(dǎo)電的電子陶瓷。具有快速傳遞正離子的特性。典型代表是 β-Al2O3 瓷。這種陶瓷在300℃下離子電導(dǎo)率可達(dá)0.1/（歐·厘米），可用來制作較經(jīng)濟(jì)的高比率能量的固體電池，還可制作緩慢放電的高儲能密度的電容器。它是有助于解決能源問題的材料。
應(yīng)用前景
電絕緣陶瓷的應(yīng)用前景
電絕緣陶瓷因具備導(dǎo)熱性良好、電導(dǎo)率低、介電常數(shù)小、介電損耗低、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特性，被廣泛應(yīng)用于金屬熔液的浴槽、熔融鹽類容器、封裝材料、集成電路基板、
電解槽襯里、金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體、主動裝甲材料、散熱片以及高溫爐的發(fā)熱件中。在電子、電力工業(yè)中，絕緣陶瓷比如電力設(shè)備的絕緣子、絕緣襯套、電阻基體、線圈框架、電子管功率管的管座及集成電路基片等主要是用于電器件的安裝、保護(hù)、支撐、絕緣、連接和隔離。
由于陶瓷的絕緣性主要由晶界相決定，為了提高絕緣性，應(yīng)盡量避免堿
金屬氧化物的存在，而且玻璃相應(yīng)盡量是硼玻璃、
鋁硅玻璃或硅玻璃。一般來說，陶瓷內(nèi)部氣孔對絕緣性影響不大，但陶瓷表面的氣孔會因被污染或吸附水而使表面絕緣性變差，所以絕緣陶瓷應(yīng)選擇無吸水性，氣孔少的致密材料。
介電陶瓷的應(yīng)用前景
介電陶瓷因具有高強(qiáng)度、介電損耗低、耐熱性、穩(wěn)定性等特點，目前被廣泛應(yīng)用于集成電路基板的制造材料。比如氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁及碳化硅等可普遍作為集成電路基板的陶瓷材料，其中氧化鈹因制造工藝復(fù)雜、毒性大及成本高等原因限制了它的使用；而碳化硅的導(dǎo)熱性雖然優(yōu)于氧化鋁，且通過熱壓方法制成的高性能基板，在200攝氏度左右時其性能仍能滿足實用要求，但由于熱壓燒結(jié)工藝復(fù)雜及添加劑有毒，也限制了它的發(fā)展；氮化鋁的其他電性能雖然和氧化鋁陶瓷大致相當(dāng)，但其熱傳導(dǎo)率卻是氧化鋁瓷的10倍左右，所以極有可能成為超大規(guī)模集成電路的下一代優(yōu)質(zhì)基板材料。
發(fā)展趨勢
技術(shù)集成化
在原有工藝的基礎(chǔ)上，電子陶瓷材料制備技術(shù)的開發(fā)也結(jié)合了現(xiàn)代新型工藝的復(fù)合工藝。其中，多種技術(shù)的集成化是電子陶瓷材料制備技術(shù)的新發(fā)展趨勢，比如
納米陶瓷制備技術(shù)及納米級陶瓷原料、快速成形及燒結(jié)技術(shù)、濕化學(xué)合成技術(shù)等都為開發(fā)高性能電子陶瓷材料打下了基礎(chǔ)。隨著多功能化、高集成化、全數(shù)字化和低成本方向發(fā)展，很大程度上推動了
電子元器件的小型化、功能集成化、片式化和低成本及器件組合化的發(fā)展進(jìn)程。
功能復(fù)合化
在激烈的信息市場的競爭中，單一性能的電子陶瓷器件逐漸失去了競爭力，利用陶瓷、半導(dǎo)體及金屬結(jié)合起來的復(fù)合電子陶瓷是開發(fā)各種電子元器件的基礎(chǔ)，它是發(fā)展
智能材料和機(jī)敏材料的有效途徑，同時也為器件與材料的一體化提供重要的技術(shù)支持。
結(jié)構(gòu)微型化
目前，電子陶瓷材料與微觀領(lǐng)域的聯(lián)系不斷深入，其研究范圍也正在延伸。基于電子陶瓷的微型化和高性能正在不斷出現(xiàn)，比如在微型化技術(shù)和陶瓷的薄膜化的聯(lián)合運(yùn)用以生產(chǎn)用于信息控制的高效微裝置，電子陶瓷機(jī)構(gòu)和裝置尺寸減小的趨勢是得益于微型化技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的。目前元器件研究開發(fā)的一個重要目標(biāo)是微型化、小型化，其市場需求也非常大；片式化
功能陶瓷元器件占據(jù)了當(dāng)前電子陶瓷無元器件的主要市場；比如片式電感類器件、片式壓敏電阻、片式多層熱敏電阻、多層壓電陶瓷變壓器等。要實現(xiàn)小型化、微型化的話，從材料角度而言，在于提高陶瓷材料的性能和發(fā)展陶瓷納米技術(shù)和相關(guān)工藝，所以發(fā)展高性能功能陶瓷材料及其先進(jìn)制備技術(shù)是功能陶瓷的重要研究課題。
環(huán)保無害化
近年來，隨著人類社會的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)的需求，發(fā)達(dá)國家致力研發(fā)的熱點材料之一就是新型環(huán)境友好的電子陶瓷。作為重要的功能材料，被廣泛應(yīng)用于
微機(jī)電系統(tǒng)和信息領(lǐng)域的新型
壓電陶瓷，比如多層
壓電變壓器、多層壓電驅(qū)動器、片式化壓電頻率器件、聲表面波(SAM)器件、薄膜體聲波濾波器等器件也不斷被研制出來
