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1、关于无机介电材料与应用第1页，此课件共135页哦电介质陶瓷简介电介质陶瓷简介从电性能角度分（电阻率）：从电性能角度分（电阻率）：固体材料可分为超导体、导体、半导体和绝缘体（自查资料作业：各自的电阻率界限是多少？各写出三个物质名称）。绝缘体材料亦称电介质。电介质陶瓷即是电阻率大于108m的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。第2页，此课件共135页哦一、概述一、概述1.定义定义 从应用角度说，也叫电绝缘瓷，是指其具有较低的介电从应用角度说，也叫电绝缘瓷，是指其具有较低的介电常数，从而产生较小的介电损耗的陶瓷。常数，从而产生较小的介电损耗的陶瓷。2.低介装置瓷的性能低介装置瓷的性能 （1）高体积
2、电阻率）高体积电阻率 （2）低介电常数）低介电常数 （3）低介电损耗）低介电损耗 （4）具有一定的机械强度）具有一定的机械强度第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷第3页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷3.陶瓷组成对电性能的影响陶瓷组成对电性能的影响 陶瓷材料是晶相、玻璃相和气相晶相、玻璃相和气相组成的多元系统，其电学性电学性能能主要取决于晶相和玻璃相晶相和玻璃相。陶瓷的陶瓷的介电损耗和电绝缘性介电损耗和电绝缘性主要受主要受玻璃相玻璃相影响影响。正常温度烧结的Al2O3陶瓷断口形貌 第4页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷TiBeAii电导率：（1）（电导活化能
3、）（电导活化能B）本征离子导电）本征离子导电杂质离子导电杂质离子导电玻璃离子导电。玻璃离子导电。（2）从离子的半径及电价来看，低价小体积的碱金属阳离子的电导活）从离子的半径及电价来看，低价小体积的碱金属阳离子的电导活化能小，而高价大体积的金属阳离子的电导活化能大。化能小，而高价大体积的金属阳离子的电导活化能大。属离子导电，离子导电包括本征离子导电，杂质离子导电和玻璃离属离子导电，离子导电包括本征离子导电，杂质离子导电和玻璃离子导电。子导电。第5页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷（1 1）选择体积电阻率高的晶体材料为主晶相。）选择体积电阻率高的晶体材料为主晶相。（2 2）严格
4、控制配方，避免杂质离子，尤其是碱金属和碱土金属离子的引入，在必须引入金属离）严格控制配方，避免杂质离子，尤其是碱金属和碱土金属离子的引入，在必须引入金属离子时，充分利用中和效应和压抑效应，以降低材料中玻璃相的电导率。子时，充分利用中和效应和压抑效应，以降低材料中玻璃相的电导率。（3 3）由于玻璃的导电活化能小，因此应尽量控制玻璃相的数量，甚至达到无玻璃相烧结）由于玻璃的导电活化能小，因此应尽量控制玻璃相的数量，甚至达到无玻璃相烧结。（4 4）避免引入变价金属离子，如钛、铁、钴等离子，以免产生自由电子和空穴，引起电子）避免引入变价金属离子，如钛、铁、钴等离子，以免产生自由电子和空穴，引起电子式导
5、电，使电性能恶化。式导电，使电性能恶化。（5 5）严格控制温度和气氛，以免产生氧化还原反应而出现自由电子和空穴。）严格控制温度和气氛，以免产生氧化还原反应而出现自由电子和空穴。（6 6）当材料中引进产生自由电子（或空穴）的离子时，可引进另一种产生空穴（或自由电）当材料中引进产生自由电子（或空穴）的离子时，可引进另一种产生空穴（或自由电子）的不等价杂质离子，以消除自由电子和空穴，提高体积电阻率这种方法称作杂质补偿子）的不等价杂质离子，以消除自由电子和空穴，提高体积电阻率这种方法称作杂质补偿。5.高体积电阻率材料的工艺控制高体积电阻率材料的工艺控制绝缘材料的体积电阻率是指试样体积电流方向的直流电场
6、强度与该处电流密度之比值。EV/jv(cm),式中，EV为直流电场强度，jv为电流密度。95氧化铝陶瓷是一种优良的电子绝缘材料，体积电阻率很高，国家标准GB/T55931999中规定，100时，11013cm；300时，11010cm；500时，1108cm。实际上，目前我国生产的95瓷的体积电阻率比上述规定要高12个数量级。测试体积电阻的仪器通常采用高阻计第6页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷6.低介电损耗材料的工艺控制低介电损耗材料的工艺控制（1 1）选择合适的主晶相。根据要求尽量选择结构紧密的晶体作为主晶相。）选择合适的主晶相。根据要求尽量选择结构紧密的晶体作为主晶相
7、。（2 2）在改善主晶相性质时，尽量避免产生缺位固溶体或填隙固溶体，最好形成连续固溶体。这）在改善主晶相性质时，尽量避免产生缺位固溶体或填隙固溶体，最好形成连续固溶体。这样使填隙离子少，可避免损耗显著增大。样使填隙离子少，可避免损耗显著增大。（3 3）尽量减少玻璃相含量。如果为了改善工艺性能引入较多玻璃相时，应采用中和尽量减少玻璃相含量。如果为了改善工艺性能引入较多玻璃相时，应采用中和效应和压抑效应，以降低玻璃相的损耗。效应和压抑效应，以降低玻璃相的损耗。（4 4）防止产生多晶转换，因为多晶转变时晶格缺陷多，电性能下降，损耗增加。如滑石转）防止产生多晶转换，因为多晶转变时晶格缺陷多，电性能下降
8、，损耗增加。如滑石转变为原顽辉石时析出游离石英。变为原顽辉石时析出游离石英。（5 5）注意烧结气氛，尤其对含有变价离子的陶瓷的烧结。）注意烧结气氛，尤其对含有变价离子的陶瓷的烧结。（6 6）控制好最终烧结温度，使产品）控制好最终烧结温度，使产品“正烧正烧”，防止，防止“生烧生烧和和”过烧过烧”，以减少，以减少气孔率，避免气体电离损耗。气孔率，避免气体电离损耗。国标规定测试频率为国标规定测试频率为1MHz时，时，95氧化铝陶瓷的介电常数氧化铝陶瓷的介电常数910之间。之间。介质损耗的大小用介质损耗角的正切值来表示。国家标准介质损耗的大小用介质损耗角的正切值来表示。国家标准GB/T55931999
9、规定，频率为规定，频率为1MHz时，时，95%氧化铝陶瓷要求达到氧化铝陶瓷要求达到410-4。第7页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷7.低介装置瓷的应用及未来低介装置瓷的应用及未来第8页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷7.低介装置瓷的应用及未来低介装置瓷的应用及未来第9页，此课件共135页哦二、滑石瓷（二、滑石瓷（Steatite Ceramics）1.简介简介 镁质瓷是以含镁质瓷是以含MgO的铝硅酸盐为主晶相的陶瓷。按照瓷坯的主晶的铝硅酸盐为主晶相的陶瓷。按照瓷坯的主晶相不同，它可分为以下四类：原顽辉石瓷（即滑石瓷）、镁橄榄石瓷、相不同，它可分为以下四
10、类：原顽辉石瓷（即滑石瓷）、镁橄榄石瓷、尖晶石瓷及堇青石瓷；尖晶石瓷及堇青石瓷；它们都属于它们都属于MgOAl2O3SiO2三元系统。三元系统。第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷第10页，此课件共135页哦二、滑石瓷（二、滑石瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷图2-1 MgOAl2O3SiO2系化合物和陶瓷的成分 、熔点分解熔融温度第11页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷（1）组成：滑石瓷的主晶相为原顽辉石，其微细均匀地分散在玻）组成：滑石瓷的主晶相为原顽辉石，其微细均匀地分散在玻璃相中，由于玻璃相的包围，阻止了微细的原顽辉石向斜顽辉石的
11、璃相中，由于玻璃相的包围，阻止了微细的原顽辉石向斜顽辉石的转变。在滑石瓷的玻璃相中很少有介质损耗大的碱金属离子，并利转变。在滑石瓷的玻璃相中很少有介质损耗大的碱金属离子，并利用压抑效应引入用压抑效应引入Ba2+、Ca2+等离子，减少电导和损耗。等离子，减少电导和损耗。（2 2）性能：强度高，介电损耗小，热稳定性差。是重要的高）性能：强度高，介电损耗小，热稳定性差。是重要的高频装置瓷之一，其机电性能介于氧化铝瓷与普通瓷器之间。频装置瓷之一，其机电性能介于氧化铝瓷与普通瓷器之间。（3 3）结构：滑石为层状结构，滑石粉为片状，有滑腻感，易挤）结构：滑石为层状结构，滑石粉为片状，有滑腻感，易挤压成型，
12、烧结后尺寸精度较高，制品易进行研磨加工，价格低廉压成型，烧结后尺寸精度较高，制品易进行研磨加工，价格低廉。2.滑石瓷特性滑石瓷特性第12页，此课件共135页哦3.滑石瓷化学组成及配方滑石瓷化学组成及配方第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷表1 滑石瓷的化学组成第13页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷第14页，此课件共135页哦4.滑石瓷中外加原料的作用滑石瓷中外加原料的作用第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷改善滑石瓷的电性能；加入少量CaCO3、SrCO3及BaCO3均能改善滑石瓷的电性能，其中BaO的效果最显著它能提高瓷件的体积电阻率两个数量级，使tg降低45910。SrO次之
13、，CaO最差。增加可塑性及降低烧结温度，不易过多，一般为510%。第15页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷降低烧结温度；由于碱土金属氧化物与滑石、粘土及其它杂质生成低共融物，因此能降低烧结温度，但含量高时又会缩小烧结范围，其中CaO最严重，SrO及BaO稍好。CaO还会导致晶粒粗大，促使瓷坯老化。因此在配方中CaO的含量要少。此外，BaCO3还能防止瓷件的老化。但加入量以510为宜，超过10会降低玻璃粘度，缩小烧结范围。MgO的加入可去除游离的石英，降低介电损耗，提高电性能；MgO可进入玻璃相，降低烧结温度，适量MgO可以扩大烧结范围；MgO的加入量小于 8，超过10时，就
14、可能生成镁橄榄石（2MgOSiO2）。不仅提高了烧结温度，还增加了线膨胀系数，降低了热稳定性。MgO的引入形式一般为未经预烧的 MgC O3及菱镁矿。第16页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷 Al2O3与游离石英化合生成性能优良的硅线石（Al2O3SiO2）；Al2O3还能与SiO2一同转入玻璃相中，除去SiO2而不降低烧结温度，可防止瓷坯老化，改善并稳定瓷的介电性能；Al2O3会显著降低滑石瓷的抗折强度。Al2O3的一般用量为13。加入量过多，会生成介电性能很差的堇青石。此外，当以工业氧化铝形式引入时，要注意混合均匀。第17页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置
15、置瓷瓷 硼酸盐是强的助熔剂，能大幅度降低烧结温度，但降低玻璃粘度亦大。如:在配方中加入2的焦硼酸钡（BaO2B2O3），烧成范围只有1015。第18页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷扩大材料的烧结范围和提高材料的机械强度。扩大材料的烧结范围和提高材料的机械强度。原因：原因：提高玻璃相的粘度，扩大烧结范围。提高玻璃相的粘度，扩大烧结范围。高粘度的玻璃相，能抑制品粒长大，形高粘度的玻璃相，能抑制品粒长大，形成细晶结构，从而提高了机械强度。成细晶结构，从而提高了机械强度。用量：用量：一般不超过一般不超过4。如果量过多，将会出现。如果量过多，将会出现第二晶相，增加了结构的不均匀性，
16、降第二晶相，增加了结构的不均匀性，降低瓷坯的质量。低瓷坯的质量。第19页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷 扩大烧结范围用量：配方中加入67的长石，烧结范围可以扩大到60左右。影响：长石中含有碱金属氧化物，大大降低了瓷坯的电性能和机械强度，故应严加控制。只在制造对电气性能要求不太高的大型、复杂瓷件时使用只在制造对电气性能要求不太高的大型、复杂瓷件时使用原因：因为大型瓷件在燃烧时，容易出现局部温差，加入长石可扩大烧结范围，降低废品率。第20页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷5.滑石瓷生产中的关键问题及工艺滑石瓷生产中的关键问题及工艺（1 1）滑石的预烧）滑石
17、的预烧 目的：目的：a.a.破坏它的层状结构，使之转变为链状的顽火辉石结破坏它的层状结构，使之转变为链状的顽火辉石结构，避免滑石薄片在成型过程中出现定向排列，造成瓷坯构，避免滑石薄片在成型过程中出现定向排列，造成瓷坯由于滑石薄片各向异性引起内应力，从而导致瓷件强度降由于滑石薄片各向异性引起内应力，从而导致瓷件强度降低和开裂。低和开裂。b.b.预烧后由于脱水及晶型转变，降低瓷件的收缩率。预烧后由于脱水及晶型转变，降低瓷件的收缩率。C.C.增加滑石的脆性，便于粉磨。增加滑石的脆性，便于粉磨。第21页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷5.滑石瓷生产中的关键问题及工艺滑石瓷生产中的关
18、键问题及工艺降低预烧温度的方法降低预烧温度的方法加入加入硼酸、碳酸钡或高岭土硼酸、碳酸钡或高岭土等矿化剂。等矿化剂。如：加入如：加入5%5%的苏州土，滑石的预烧温度可降低约的苏州土，滑石的预烧温度可降低约40405050。当滑石中含当滑石中含FeFe2 2O O3 3杂质时，最好采用杂质时，最好采用还原气氛还原气氛预烧，预烧，以除去三价铁离子对瓷件性能的不利影响。以除去三价铁离子对瓷件性能的不利影响。预烧滑石增加了硬度，降低了可塑性，对成型造成困难，模具的预烧滑石增加了硬度，降低了可塑性，对成型造成困难，模具的损耗加快，因此在配方中生滑石搭配使用，以提高塑性和增加模具润损耗加快，因此在配方中生
19、滑石搭配使用，以提高塑性和增加模具润滑。滑。第22页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷5.滑石瓷生产中的关键问题及工艺滑石瓷生产中的关键问题及工艺（2 2）滑石瓷的老化及防止老化的措施）滑石瓷的老化及防止老化的措施 滑石瓷的老化滑石瓷的老化 滑石瓷的老化是指制品在贮存、运输、加工或使用过程滑石瓷的老化是指制品在贮存、运输、加工或使用过程中自动产生裂缝、空隙及松散成粉的现象。有时甚至在制品中自动产生裂缝、空隙及松散成粉的现象。有时甚至在制品烧成以后，表面就出现白粉斑点，它逐渐扩大，导致整个坯烧成以后，表面就出现白粉斑点，它逐渐扩大，导致整个坯体松散成粉。体松散成粉。老化的原因老
20、化的原因 滑石瓷的老化即由于原顽辉石在冷却、放置及使滑石瓷的老化即由于原顽辉石在冷却、放置及使用过程中，晶型向顽火辉石或斜顽辉石用过程中，晶型向顽火辉石或斜顽辉石转化转化引起较引起较大的体积变化而造成的。大的体积变化而造成的。第23页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷解决解决滑石瓷老化的措施滑石瓷老化的措施 a.将原料磨到足够的细度，加入适当的晶粒抑制剂，减少将原料磨到足够的细度，加入适当的晶粒抑制剂，减少Ca O的含量，防止晶粒长大。的含量，防止晶粒长大。正常的滑石瓷晶粒大小应控制在正常的滑石瓷晶粒大小应控制在7m以下。一般生产中规定球以下。一般生产中规定球磨后的细度为万孔
21、筛余磨后的细度为万孔筛余0.1。b.加入适量外加剂，以形成足够的玻璃相并包裹细晶的原顽辉石，加入适量外加剂，以形成足够的玻璃相并包裹细晶的原顽辉石，防止它的晶型转化。实践证明，钡玻璃抗老化效果较显著。防止它的晶型转化。实践证明，钡玻璃抗老化效果较显著。c.加入能与加入能与MgSiO3生成固溶体的物质，例如加入少量生成固溶体的物质，例如加入少量MnO或或MnSiO3，与其生成固溶体，必然会影响其晶型转化，减低老化现象，与其生成固溶体，必然会影响其晶型转化，减低老化现象。d控制控制SiO2含量。当含量。当SiO2过少时，形成的玻璃相不足，过多过少时，形成的玻璃相不足，过多则游离出方石英，其多晶转化
22、能诱发原顽辉石的多晶转化。则游离出方石英，其多晶转化能诱发原顽辉石的多晶转化。e.控制冷却制度，在控制冷却制度，在900以上进行快冷，以便生成细晶结构，防以上进行快冷，以便生成细晶结构，防止老化。止老化。第24页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷5.滑石瓷生产中的关键问题及工艺滑石瓷生产中的关键问题及工艺细度对滑石瓷电性能的影响细度对滑石瓷电性能的影响（a）细度对）细度对tg的影响；的影响；(b)细度对细度对的影响的影响11300;21230；31260 第25页，此课件共135页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷5.滑石瓷生产中的关键问题及工艺滑石瓷生产中的关键问题及工艺（
23、3 3）滑石瓷的烧结）滑石瓷的烧结 滑石瓷烧结的关键是扩大烧结范围和严格控制窑炉温滑石瓷烧结的关键是扩大烧结范围和严格控制窑炉温度制度。度制度。严格控制烧结温度严格控制烧结温度改善配方。改善配方。注意：控制止火温度在玻化温度下限，保温时间1小时以内，在冷却阶段，温度在700550之间要控制冷却速度（3045/h）以免造成玻璃相中残余应力，以及晶形未充分转化而造成开裂、老化等弊病。如：加入23ZnO，能显著提高液相粘度，并把烧结范围扩大到35左右；加入510BaCO3，能使液相出现温度降低到1230。长石对扩大烧结范围的效果很好，但要避免引入碱金属离子。第26页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（
24、三、氧化铝瓷（steatite ceramics）纯氧化铝陶瓷的晶相是纯氧化铝陶瓷的晶相是刚玉（刚玉（corundumcorundum）;烧结温度很高烧结温度很高:18001800左右左右;日常生产产品日常生产产品:BaOBaOAlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2系统的陶瓷系统的陶瓷第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷 根据其组成不同，可生产出性能优良的莫来石根据其组成不同，可生产出性能优良的莫来石(mullite)瓷瓷,刚玉刚玉莫来石瓷莫来石瓷和和钡长石瓷钡长石瓷。1.简介简介第27页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介
25、装装置置瓷瓷BaOAl2O3SiO2三元系统相图三元系统相图 第28页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷BaO-Al2O3-SiO2系主要晶相性能系主要晶相性能第29页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷2.莫来石瓷的特性莫来石瓷的特性1)主晶相是莫来石，莫来石为针状结构，可使主晶相是莫来石，莫来石为针状结构，可使晶粒之间相互交叉晶粒之间相互交叉减少了滑移，在高温荷重下的，变形小减少了滑移，在高温荷重下的，变形小。2)莫来石比氧化铝的
26、耐热性差，但热膨胀胀系数小，抗热冲击莫来石比氧化铝的耐热性差，但热膨胀胀系数小，抗热冲击性好。性好。莫来石瓷的主要性能莫来石瓷的主要性能第30页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷3.刚玉刚玉莫来石瓷的特性莫来石瓷的特性1)主晶相是刚玉主晶相是刚玉-莫来石共存；莫来石共存；2)主要原料是粘土、氧化铝和碳酸盐主要原料是粘土、氧化铝和碳酸盐；3)刚玉一莫来石瓷的电性能较好。机械强度较高刚玉一莫来石瓷的电性能较好。机械强度较高,热稳定性能好，热稳定性能好，工艺性能好，烧结温度不高，且烧结温度范围宽，还可与釉烧一次工艺性能
27、好，烧结温度不高，且烧结温度范围宽，还可与釉烧一次完成，以简化工序。完成，以简化工序。刚玉刚玉莫来石瓷的主要性能莫来石瓷的主要性能第31页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷4.莫来石的生成莫来石的生成一次莫来石的生成一次莫来石的生成 从原料矿物高温分解直接生成的莫来石称为一次莫来石；偏高从原料矿物高温分解直接生成的莫来石称为一次莫来石；偏高岭土（岭土（AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2）或硅线石（）或硅线石（AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2）在高温下分解：）在高温下分解：2）二次莫来石的
28、生成）二次莫来石的生成 在生产高铝瓷时要增加在生产高铝瓷时要增加Al2O3成分，使之与游离石英起反应生成莫成分，使之与游离石英起反应生成莫来石，这时所生成的莫来石称为二次莫来石。来石，这时所生成的莫来石称为二次莫来石。3 Al2O3SiO23 Al2O32SiO23(Al2O3 2 2 SiO2)3 Al2O32SiO2+4SiO23(Al2O3 SiO2)3 Al2O32SiO2+SiO21200oC13001500oC第32页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷二次莫来石生成的影响因素二次莫来石生成的影响因素1
29、）Al2O3活性（结晶形态和细度）；活性（结晶形态和细度）；2）杂质或矿化剂种类；）杂质或矿化剂种类；杂质（或矿化剂）金属离子（如杂质（或矿化剂）金属离子（如Li、Mg2、Ca2等）的电等）的电价越低，半径越小，则二次莫来石的生成温度降低，生成量提高。价越低，半径越小，则二次莫来石的生成温度降低，生成量提高。如在杂质存在下如在杂质存在下（2.7wt），胶状水化），胶状水化Al2O3（d0.5m）与）与粘土生成二次莫来石的温度范围降至粘土生成二次莫来石的温度范围降至12001350，而电熔刚玉（，而电熔刚玉（d12.4m）生成二次莫来石则在）生成二次莫来石则在13501500。另外，外加矿化剂时
30、，要考虑一价碱金属离于对电绝缘性能的影另外，外加矿化剂时，要考虑一价碱金属离于对电绝缘性能的影响，一般引入碱土金属氧化物（如响，一般引入碱土金属氧化物（如MgO）更为适合。）更为适合。第33页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷5.莫来石瓷及刚玉莫来石瓷及刚玉莫来石瓷的配方及各组分的作用莫来石瓷的配方及各组分的作用第34页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷（2）工业氧化铝工业氧化铝 生成二次莫来石生成二次莫来石（1）粘土）粘土 a)耐
31、火粘土或高岭土加热分解时生成莫来石；耐火粘土或高岭土加热分解时生成莫来石；b)为坯体提供良好的可塑性，便于成型；为坯体提供良好的可塑性，便于成型；c)粘土中含有害杂质较多，随着粘土含量的增加，瓷坯的电性能粘土中含有害杂质较多，随着粘土含量的增加，瓷坯的电性能将显著恶化，因此粘土的用量不可过多。将显著恶化，因此粘土的用量不可过多。第35页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷（4）氧化镁氧化镁 a)促进二次莫来石化的程度；促进二次莫来石化的程度；b)MgO能与能与Al2O3生成镁铝尖晶石。在生成镁铝尖晶石。在Al2O3
32、含量高的高铝瓷中，抑含量高的高铝瓷中，抑制刚玉晶体的二次再结晶，使之晶体细小，提高瓷坯性能；制刚玉晶体的二次再结晶，使之晶体细小，提高瓷坯性能；c)与与Al2O3、SiO2及其它物质生成低熔点的玻璃体，不但除去坯体中及其它物质生成低熔点的玻璃体，不但除去坯体中的游离石英，还能降低烧结温度，起助熔作用。的游离石英，还能降低烧结温度，起助熔作用。（3）氧化钙）氧化钙a)促进二次莫来石化的程度；促进二次莫来石化的程度；b)与与Al2O3、SiO2及其它物质生成低熔点的钙玻璃，不但除去了坯体中游及其它物质生成低熔点的钙玻璃，不但除去了坯体中游离石英，还能起助熔作用，促进烧结。离石英，还能起助熔作用，促
33、进烧结。第36页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷（6）白云石白云石 代替代替部分或全部部分或全部CaO及及MgO原料。原料。（5）滑石滑石 滑石滑石(3MgO4 SiO2H2O）在）在700900之间脱水，并析出活性之间脱水，并析出活性较大的较大的4SiO2和和MgOSiO2。具有较大的化合能力，因此能够活跃地与其。具有较大的化合能力，因此能够活跃地与其它物质化合，它物质化合，起到矿化、助熔等作用。起到矿化、助熔等作用。（7）碳酸钡碳酸钡 a)氧化钡与氧化钡与Al2O3、SiO2等生成低熔点的钡玻璃，有利于瓷坯
34、的烧结。等生成低熔点的钡玻璃，有利于瓷坯的烧结。b)降低了材料的介质损耗，改善了瓷坯的电气性能。降低了材料的介质损耗，改善了瓷坯的电气性能。c)BaO或钡玻璃还能抑制刚王晶相二次重结晶的作用，防止刚玉晶或钡玻璃还能抑制刚王晶相二次重结晶的作用，防止刚玉晶粒的过分长大。粒的过分长大。第37页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷6.生产工艺生产工艺1）原料的处理）原料的处理 75瓷细度达到万孔筛筛余量瓷细度达到万孔筛筛余量0.1%2)成型成型 陈腐，加塑化剂陈腐，加塑化剂3)烧结烧结 莫来石瓷及刚玉一莫来石瓷属于液相烧
35、结。在烧成中莫来石瓷及刚玉一莫来石瓷属于液相烧结。在烧成中存在两大问题存在两大问题。快烧快冷可提高机械强度。快烧快冷可提高机械强度。第38页，此课件共135页哦三、氧化铝瓷（三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷烧结过程中问题烧结过程中问题（1）烧结过程中的体积变化）烧结过程中的体积变化 -Al2O3转变成转变成Al2O3时，体积收缩时，体积收缩13，容易造成坯体开裂，容易造成坯体开裂，这点可用预烧工业，这点可用预烧工业Al2O3的方法予以消除。的方法予以消除。Al2O3与游离与游离SiO2在在13001350左右生成二次莫来石时，体积膨胀左右生成二
36、次莫来石时，体积膨胀10左右很容左右很容易导致坯体疏松，产生缺陷，这可由细磨易导致坯体疏松，产生缺陷，这可由细磨Al2O3得到解决。得到解决。（2）烧成范围窄。）烧成范围窄。可以采用小截面的隧道窑或其它类型温度均匀的窑炉来烧结，并严可以采用小截面的隧道窑或其它类型温度均匀的窑炉来烧结，并严格控制烧成制度来解决。格控制烧成制度来解决。第39页，此课件共135页哦第二章第二章 无机介电材料无机介电材料-电介质陶瓷电介质陶瓷第二节 高介电容器瓷第二节 高介电容器瓷一、概一、概 述述二、金红石瓷二、金红石瓷 三、常用高介电容器瓷三、常用高介电容器瓷料系统料系统第40页，此课件共135页哦一、概述一、概
37、述1.电容器瓷种类电容器瓷种类按照材料介电系数的温度系数按照材料介电系数的温度系数=(1/)(d/dT)的大小可分为的大小可分为温度补偿电容器陶瓷温度补偿电容器陶瓷及及温度稳定电容器陶瓷温度稳定电容器陶瓷两类。此外两类。此外，还有一些新型电容器陶瓷材料。，还有一些新型电容器陶瓷材料。第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷NPO特性特性：随着：随着提高，其温度系数由正值变为负值，且其提高，其温度系数由正值变为负值，且其值逐渐变小，这种特性称为值逐渐变小，这种特性称为NPO特性。特性。2.温度补偿电容器瓷温度补偿电容器瓷目前正在使用的，具有目前正在使用的，具有NPO特性且介电常数最高（特性且介电常数
38、最高（80110）的）的材料是材料是Nd2Ti2O7BaTiO3Bi2O3TiO2PbO系材料。系材料。第41页，此课件共135页哦一、概述一、概述第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷 温度补偿用陶瓷电容器材料的介电常数及其温度系数1MgOSiO2系；2MgTiO3CaTiO3系；3BaTiO3系；4La2O3TiO2系；5La2OTiO2A2O系；6Nd2O3TiO2-A2+O系；7-BaTiO3-Nd2O3-TiO2-Bi2O3系第42页，此课件共135页哦二、金红石瓷二、金红石瓷第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷1.二氧化钛的结晶状态二氧化钛的结晶状态金红石主要物理性质：金红石主要物理
39、性质：晶系：四方晶系：四方外形：针形外形：针形密度：密度：4.25线膨胀系数：线膨胀系数：（9.149.19）106/介电常数：介电常数：光轴光轴89 /光轴光轴173 114熔点：熔点：1840金红石、锐钛矿和板钛矿金红石、锐钛矿和板钛矿第43页，此课件共135页哦2、金红石瓷的配方、金红石瓷的配方第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷第44页，此课件共135页哦3、原料及其性能、原料及其性能第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷(1)TiO2a.金红石瓷的主晶相化学组成是金红石瓷的主晶相化学组成是TiO2，其加入数量、形，其加入数量、形态、晶粒、大小等均会影响瓷体的性能。态、晶粒、大小等均会影
40、响瓷体的性能。b.TiO2中常含锐钛矿晶型的中常含锐钛矿晶型的TiO2，因此需在，因此需在11001300预烧，以减少瓷体烧成时的晶型转变和收缩。预烧，以减少瓷体烧成时的晶型转变和收缩。c.TiO2的活性、晶粒大小及烧结温度与预烧温度有关。预的活性、晶粒大小及烧结温度与预烧温度有关。预烧过的烧过的TiO2活性降低，因此工厂一般采用未预烧和预烧的活性降低，因此工厂一般采用未预烧和预烧的TiO2以一定比例配合使用。以一定比例配合使用。第45页，此课件共135页哦3、原料及其性能、原料及其性能第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷(2)高岭土、膨润土高岭土、膨润土 a.TiO2没有可塑性，高岭土的加入
41、一方面增加可塑性，另一方没有可塑性，高岭土的加入一方面增加可塑性，另一方面降低烧结温度。面降低烧结温度。b.当采用挤管或车坯等可塑法成型时，可塑性要求更高，需要部当采用挤管或车坯等可塑法成型时，可塑性要求更高，需要部分膨润土代替部分高岭土，但一般应少于分膨润土代替部分高岭土，但一般应少于4。(3)碱土金属化合物碱土金属化合物 a.压抑效应提高电性能。压抑效应提高电性能。b.起降低烧结温度的作用。起降低烧结温度的作用。一般一般CaFCaF2 2加入量加入量2 23 3，ZnOZnO为为1 1左右。左右。第46页，此课件共135页哦3、原料及其性能、原料及其性能第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷
42、(4)ZrO2 a.常加入常加入ZrO2或或Zr(OH)2阻止粗晶形成，促使瓷质结晶细密均匀阻止粗晶形成，促使瓷质结晶细密均匀，改善材料的防潮稳定性及频率稳定性。，改善材料的防潮稳定性及频率稳定性。b.b.ZrO2还有抑制钛离子还原的作用，提高瓷的电气性能。还有抑制钛离子还原的作用，提高瓷的电气性能。氧化锆的用量一般不宜过多，通常在氧化锆的用量一般不宜过多，通常在5左右。以易分解的盐和左右。以易分解的盐和碱形式引入为宜。除碱形式引入为宜。除ZrO2外，外，TeO2、V2Q5、WO3等化合物也有类等化合物也有类似的作用。似的作用。第47页，此课件共135页哦4、金红石生产中存在的问题金红石生产中
43、存在的问题 第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷(1)严防严防SiO2杂质的进入。杂质的进入。因为随着因为随着SiO2杂质含量的增加，介电常数下降，介电常数的温杂质含量的增加，介电常数下降，介电常数的温度系数绝对值变小，度系数绝对值变小，tg不论在常温或受潮时都显著增加，因此，球不论在常温或受潮时都显著增加，因此，球磨必须用刚玉球及内衬。磨必须用刚玉球及内衬。(2)由于由于TiO2可塑性差，坯料常需适当的陈腐时间，使可塑性差，坯料常需适当的陈腐时间，使TiO2水水解，以提高可塑性。新练出的泥料可通过加入酸（如醋酸）解，以提高可塑性。新练出的泥料可通过加入酸（如醋酸）碱碱(如氨水）适当调节如氨水
44、）适当调节PH值，克服坯料触变性，提高成值，克服坯料触变性，提高成型性能。型性能。另外，在新练的泥中，掺入另外，在新练的泥中，掺入50左右的回坯料，亦可使坯料水份左右的回坯料，亦可使坯料水份均匀，改善或消除坯料的触均匀，改善或消除坯料的触变性变性.第48页，此课件共135页哦4、金红石生产中存在的问题金红石生产中存在的问题 第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷(3)(3)温度过高使二氧化钛严重结晶，严格控制烧结制度，温度过高使二氧化钛严重结晶，严格控制烧结制度，烧成温度一般以烧成温度一般以132513251010为宜。为宜。(4)严格控制气氛，保证氧化气氛烧结。严格控制气氛，保证氧化气氛烧结。
45、因为在还原气氛和弱还原气氛下，高价钛易还原成低价钛因为在还原气氛和弱还原气氛下，高价钛易还原成低价钛：在这种情况下，介电损耗增大，比体积电阻减小，介电强度在这种情况下，介电损耗增大，比体积电阻减小，介电强度降低，介电常数增大。降低，介电常数增大。此外，不宜用碳化硅承烧板和匣钵，因为高温下此外，不宜用碳化硅承烧板和匣钵，因为高温下碳化硅与氧结合放出碳化硅与氧结合放出CO。第49页，此课件共135页哦5、金红石瓷的使用特性金红石瓷的使用特性 第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷 金红石瓷的主要化学成份为金红石瓷的主要化学成份为TiO2，由于钛离子的变，由于钛离子的变价特性，常引起电性能恶化价特性，
46、常引起电性能恶化（1 1）直流老化）直流老化 a.直流老化：直流老化：金红石瓷和其它含钛陶瓷在直流电场中长期使用，其电金红石瓷和其它含钛陶瓷在直流电场中长期使用，其电导率随施加电场时间延长而不断增加，这种现象称为直流老化。导率随施加电场时间延长而不断增加，这种现象称为直流老化。b.b.再生：再生：在高温直流电场下电导随时间急剧增加，最后发热击穿在高温直流电场下电导随时间急剧增加，最后发热击穿。老化过程瓷体颜色逐渐由鲜黄色变为灰黑色。如果在击穿前除去。老化过程瓷体颜色逐渐由鲜黄色变为灰黑色。如果在击穿前除去直流电场，并且停留在原老化温度下若干时间，则发生试样电阻预直流电场，并且停留在原老化温度下
47、若干时间，则发生试样电阻预复到起始值，颜色恢复到原来的鲜黄色，这种现象称之为再生。复到起始值，颜色恢复到原来的鲜黄色，这种现象称之为再生。第50页，此课件共135页哦5、金红石瓷的使用特性金红石瓷的使用特性 第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷c.c.直流老化再生直流老化再生的原因的原因 含钛陶瓷的直流老化和再生是由于含钛陶瓷的直流老化和再生是由于电场和热电场和热的作用的作用，氧离子离开了，氧离子离开了Ti O2晶格，以原子状态停留在靠近阳晶格，以原子状态停留在靠近阳离子空位的结点间，形成离子空位的结点间，形成氧离子空位和结点间氧原子对氧离子空位和结点间氧原子对的缺陷的缺陷。氧离子空位捕获电子
48、后形成。氧离子空位捕获电子后形成F色心，使颜色变为灰色心，使颜色变为灰黑。在除去电场和改变电场极性时，停留在靠近氧离子空黑。在除去电场和改变电场极性时，停留在靠近氧离子空位结点间的氧原子重新回到原来的位置上形成氧离子，消位结点间的氧原子重新回到原来的位置上形成氧离子，消除了除了F色心及参与导电的半束缚电子，使电性能及颜色色心及参与导电的半束缚电子，使电性能及颜色恢复正常。恢复正常。第51页，此课件共135页哦5、金红石瓷的使用特性金红石瓷的使用特性 第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷（2 2）电极反应）电极反应 原因：原因：a.金红石瓷和含钛陶瓷采用银电极，在高温高湿强直金红石瓷和含钛陶瓷采
49、用银电极，在高温高湿强直流或低频电场下工作时，由于高湿度的长期影响，水分会凝流或低频电场下工作时，由于高湿度的长期影响，水分会凝结于陶瓷电容器表面，银电极与水作用部分地形成结于陶瓷电容器表面，银电极与水作用部分地形成 AgOH，在直流电场下，银离子从阳极进入介质向阴极迁移。在直流电场下，银离子从阳极进入介质向阴极迁移。b.b.高温下银原子向介质内扩散，在介质中发生如下变化：高温下银原子向介质内扩散，在介质中发生如下变化：这些变化，使介质中产生自由电子和迁移率很大的这些变化，使介质中产生自由电子和迁移率很大的Ag+，造成，造成自由电子导电和离子导电使电气性能恶化，这种现象在高自由电子导电和离子导
50、电使电气性能恶化，这种现象在高温下尤其显著。温下尤其显著。第52页，此课件共135页哦5、金红石瓷的使用特性金红石瓷的使用特性 第第二二节节高高介介电电容容器器瓷瓷c.Ag+还易在阴极附近被还原，在阴极附近形成银还易在阴极附近被还原，在阴极附近形成银“枝蔓枝蔓”，使电极间距缩短。，使电极间距缩短。上述电介质材料在直流电场长期作用下，电性能发生不上述电介质材料在直流电场长期作用下，电性能发生不可复原的恶化，并伴随一定化学变化的现象，称为电化学可复原的恶化，并伴随一定化学变化的现象，称为电化学老化。老化。克服的方法：克服的方法：提高烧结致密度及降低玻璃相电导提高烧结致密度及降低玻璃相电导 第53页