中國粉體網(wǎng)訊 介電陶瓷又稱電介質(zhì)陶瓷，是在電場下具有極化能力，且能在體內(nèi)長期建立起電場的功能陶瓷。陶瓷介質(zhì)元器件向微型化、低能耗、高可靠、高穩(wěn)定方向發(fā)展，生產(chǎn)高性能的介電陶瓷材料離不開其粉體的制備與燒結(jié)工藝。
原材料
原材料是介電陶瓷材料的前提和基礎(chǔ)，滿足產(chǎn)品特性要求是原材料選擇的首要因素，性價比高是產(chǎn)業(yè)化追逐的首要目標(biāo)，介電陶瓷材料使用的原材料主要包含：Ba，Sr，Ca，Ti，Zr，Pb和稀土等元素的碳酸鹽、氧化物、氫氧化物等。
我國 Ba，Ti 和稀土等礦產(chǎn)資源儲量豐富，原材料生產(chǎn)廠家眾多，但深加工產(chǎn)品少，某些超細、高純、高分散原材料還不能充分滿足使用需求。另外，粉體材料生產(chǎn)所需相關(guān)添加劑產(chǎn)品如分散劑、脫模劑、膠水等，對介電陶瓷材料的性能也有顯著影響，國內(nèi)相關(guān)的系統(tǒng)配套研究相對缺乏，還有很大提升空間。
介電陶瓷粉體的制備
目前介電陶瓷粉體合成工藝主要有固相法、水熱法、沉淀法、溶膠凝膠法、熔鹽法等。
溶膠凝膠法
溶膠凝膠法是以金屬有機或無機化合物溶液為原料，經(jīng)水解、縮合反應(yīng)生成的溶液中顯示分散流動性的亞微米級超微粒溶膠，再將其與超微粒結(jié)合，形成外表層固化凝膠，再經(jīng)過熱處理而制成氧化物或其它化合物固體的方法。20世紀(jì)80年代以來，溶膠凝膠技術(shù)在玻璃、微晶玻璃、納米材料、氧化涂層和功能陶瓷粉料，尤其是在傳統(tǒng)方法難以制備的復(fù)合氧化物材料的合成上取得了成功地應(yīng)用，已成為無機材料合成中的一種獨特的方法。
水熱法
水熱法是指在密封的壓力容器中，以水為溶劑，在溫度100℃~400℃，壓力從大于0.1MPa直至幾十到幾百兆帕的條件下，使前驅(qū)物（即原料）反應(yīng)和結(jié)晶。即提供一個在常壓條件下無法得到的特殊的物理化學(xué)環(huán)境，使前驅(qū)物在反應(yīng)系統(tǒng)中得到充分的溶解-形成原子或分子生長基元-成核結(jié)晶。水熱法制備出的納米晶，晶粒發(fā)育完整，粒度分布均勻、顆粒之間少團聚，原料較便宜，可以得到理想的化學(xué)計量組成材料，顆粒度可以控制，生產(chǎn)成本低。用水熱法制備的陶瓷粉體無需燒結(jié)，這就可以避免在燒結(jié)過程中晶粒會長大而且雜質(zhì)容易混入等缺點。
熔鹽法
人們早期使用熔鹽法主要用于生長晶體。其主要原理是：將晶體的原成分在高溫下溶解于低熔點助熔劑的溶液內(nèi)，形成均勻的飽和溶液，然后通過緩慢降溫或其它方法，形成過飽和溶液，從而使晶體析出。熔鹽法與其它合成方法相比，操作方法簡單，不需要其它專用設(shè)備。
介電陶瓷的燒結(jié)
陶瓷材料的燒結(jié)是陶瓷生坯在高溫下固體顆粒相互鍵聯(lián)，晶粒長大，孔隙（氣孔）和晶界漸趨減少，通過物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為堅硬的具有某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體的過程。正確的選擇燒結(jié)方法是使介電陶瓷具有理想結(jié)構(gòu)和預(yù)定性能的關(guān)鍵。
常壓燒結(jié)
常壓燒結(jié)又稱無壓燒結(jié)，是在大氣壓條件下坯體自由燒結(jié)的過程。在無外加壓力下，材料開始燒結(jié)，溫度一般達到材料熔點的50~80%即可。在此溫度下固相燒結(jié)能夠引起足夠的原子擴散，液相燒結(jié)可促使液相形成或由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生液相促進擴散或粘滯流動的發(fā)生。常壓燒結(jié)是目前介電陶瓷制備工藝中使用的最為廣泛的一種方法，與其他方法相比，該法設(shè)備簡單、生產(chǎn)成本較低，是最普通的燒結(jié)方法。該法還可與其他手段相結(jié)合產(chǎn)生低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，如添加低熔點氧化物或玻璃在較低的溫度下生成液相，從而促進燒結(jié)；使用易于燒結(jié)的超細粉料，降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時間等。
氣氛燒結(jié)
是在爐膛內(nèi)通入一定氣體，形成所要求的氣氛保護，在此氣氛下進行燒結(jié)。如鉛基壓電陶瓷成分中含有在高溫下易發(fā)揮成分的鉛，在密閉燒結(jié)時，為抑制低熔點物質(zhì)的揮發(fā)，常在密閉容器中放入一定的與瓷料組成相近的坯體即氣氛片，也可使用與瓷料組成相近的粉料。其目的是形成較容易揮發(fā)成分的分壓，以保證材料組成的穩(wěn)定，達到預(yù)期的性能。
微波燒結(jié)
利用微波具有的特殊波段與材料的基本細微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實現(xiàn)致密化的方法。由于材料可內(nèi)外均勻地整體吸收微波能并被加熱，使得處于微波場中的被燒結(jié)物內(nèi)部的熱梯度和熱流方向與常規(guī)燒結(jié)時完全不同，具有加熱速度快、均勻加熱等優(yōu)點。更重要的是快速燒結(jié)可使材料內(nèi)部形成均勻的細晶結(jié)構(gòu)和較高的致密性，從而改善材料性能。
其他燒結(jié)方法
隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，許多新的燒結(jié)方法被應(yīng)用到介電陶瓷的制備當(dāng)中來，如熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、真空燒結(jié)、等離子燒結(jié)、電場燒結(jié)、活化熱壓燒結(jié)等。如鈮酸鋰陶瓷在其燒結(jié)溫度下對坯體的兩端施加直流電場進行電場燒結(jié)，待冷卻到居里點一下撤去電場，即可得到有壓電性的陶瓷樣品。利用氫氧化物和氧化物的分解反應(yīng)進行活化熱壓制成鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鐵氧體等電子陶瓷，利用碳酸鹽分解反應(yīng)制成高密度的氧化鈹、氧化釷和氧化鈾陶瓷；利用某些材料相變時熱壓，可以制成高密度的氧化鋁陶瓷。
參考資料：
樊慧慶編著. 電子信息材料[M]. 2012
楊雪蛟.電介質(zhì)陶瓷的微波燒成研究
司留啟、應(yīng)紅等.中國先進電介質(zhì)陶瓷材料技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用
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