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1、第2章无机介电材料与应用第1页，此课件共132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132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常数，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。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
2、积电阻率）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132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132页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷4.陶瓷材料的导电机制陶瓷材料的导电机
3、制电导率：（1）（电导活化能）（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玻璃离子导电。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132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
4、材料为主晶相。（2 2）严严格格控控制制配配方方，避避免免杂杂质质离离子子，尤尤其其是是碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属离离子子的的引引入入，在在必必须须引引入入金金属属离离子子时时，充充分分利利用用中中和和效效应应和和压压抑抑效效应应，以以降降低低材材料料中中玻玻璃璃相的电导率。相的电导率。（3 3）由由于于玻玻璃璃的的导导电电活活化化能能小小，因因此此应应尽尽量量控控制制玻玻璃璃相相的的数数量量，甚甚至至达达到到无无玻玻璃璃相相烧结。烧结。（4 4）避避免免引引入入变变价价金金属属离离子子，如如钛钛、铁铁、钴钴等等离离子子，以以免免产产生生自自由由电电子子和和空空穴穴，引起电子式导电，使电
5、性能恶化。引起电子式导电，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）当当材材料料中中引引进进产产生生自自由由电电子子（或或空空穴穴）的的离离子子时时，可可引引进进另另一一种种产产生生空空穴穴（或或自自由由电电子子）的的不不等等价价杂杂质质离离子子，以以消消除除自自由由电电子子和和空空穴穴，提提高高体体积积电电阻阻率率这这种种方方法法称称作杂质补偿。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强度与该处电流
6、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132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。（2 2）在
7、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）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。续固溶体。这样使填隙离子少，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，应采用中和效应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。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。）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。如滑石转变
8、为原顽辉石时析出游离石英。如滑石转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规定，频率为规
9、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132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132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132页哦二、滑石瓷（二、滑石瓷（Steatite Ceramics）1.简介简介 镁镁质质瓷瓷是是以以含含MgO的的铝铝硅硅酸酸盐盐为为主主晶晶相相的的陶陶瓷瓷。按按照照瓷瓷坯坯的的主主晶晶相相不不同同，它它可可分分为为以以下下四四类类：原原顽顽辉辉石石瓷瓷（即即滑滑石石瓷瓷）、镁镁橄橄榄
10、榄石石瓷瓷、尖尖晶晶石石瓷瓷及及堇堇青青石石瓷瓷；它它们们都都属属于于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类别类别主晶相名称主晶相名称化学式化学式晶系晶系滑石瓷滑石瓷原顽辉石原顽辉石MgOSiO2斜方斜方镁橄榄石瓷镁橄榄石瓷镁橄榄石镁橄榄石2MgOSiO2斜方斜方尖晶石瓷尖晶石瓷镁铝尖晶石镁铝尖晶石MgOAl2O3立方堇青石瓷堇青石瓷堇青石堇青石2MgO2Al2O3 5 SiO2斜方斜方第10页，此课件共132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
11、成分 、熔点分解熔融温度第11页，此课件共132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璃相）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转变。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，并利用压抑效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。是重要的高频）性能：强度高，介
12、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。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，易挤压成型，）结构：滑石为层状结构，滑石粉为片状，有滑腻感，易挤压成型，烧结后尺寸精度较高，制品易进行研磨加工，价格低廉。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132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SiO2Al2O3TiO2Fe2O3CaOMgOR2OBaOB2O3CaF2ZnOZrO254.721.900
13、.0030.430.00527.900.0076.283.855.603.150.070.750.2326.000.103.0表1 滑石瓷的化学组成第13页，此课件共132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132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，CaO最差。（1）粘土（2）碱土金属氧化物增加可塑性及降低烧结温度，不易过多，一般为510%。第15页，此
14、课件共132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，
15、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132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。（3）氧化铝第17页，此课件共132页哦第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷 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
16、大。（4）硼酸盐如: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132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。高高粘粘度度的的玻玻璃璃相相，能能抑抑制制品品粒粒长长大大，形形成细晶结构，从而提高了机械强度。成细晶结构，从而提高了机械强度。用用量量：一一般般不不超超过过4。如如果果量量过过多多，将将会会出出现现第第二二晶晶相相，增增加加了了结结构构的的不不均均匀匀性性，降降低瓷坯的质量。低瓷坯的质量。（5
17、）氧化锆和氧化锌第19页，此课件共132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。（6）长石第20页，此课件共132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）滑石的预烧 目的：目的：a.a.破破坏坏它
18、它的的层层状状结结构构，使使之之转转变变为为链链状状的的顽顽火火辉辉石石结结构构，避避免免滑滑石石薄薄片片在在成成型型过过程程中中出出现现定定向向排排列列，造造成成瓷瓷坯坯由由于于滑滑石石薄薄片片各各向向异异性性引引起起内内应应力力，从从而而导导致致瓷瓷件件强强度度降降低低和和开裂。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132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降低预烧温度的方法降低预烧温度的方
19、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。如如：加加入入5%5%的的苏苏州州土土，滑滑石石的的预预烧烧温温度度可可降降低低约约40405050。当当滑滑石石中中含含FeFe2 2O O3 3杂杂质质时时，最最好好采采用用还还原原气气氛氛预预烧烧，以以除去三价铁离子对瓷件性能的不利影响。除去三价铁离子对瓷件性能的不利影响。预预烧烧滑滑石石增增加加了了硬硬度度，降降低低了了可可塑塑性性，对对成成型型造造成成困困难难，模模具具的的损损耗耗加加快快，因因此此在在配配方方中中生生滑滑石石搭搭配配使使用用，以以提提高高塑塑性性和和增增加模具润滑。加模具润滑。第22页，此课件共1
20、32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 滑滑石石瓷瓷的的老老化化是是指指制制品品在在贮贮存存、运运输输、加加工工或或使使用用过过程程中中自自动动产产生生裂裂缝缝、空空隙隙及及松松散散成成粉粉的的现现象象。有有时时甚甚至至在在制制品品烧烧成成以以后后，表表面面就就出出现现白白粉粉斑斑点点，它它逐逐渐扩大，导致整个坯体松散成粉。渐扩大，导致整个坯体松散成粉。老化的原因老化的原因 滑滑石石瓷瓷的的老老化化即即由由于于原原顽顽辉辉石石在在冷冷却却、
21、放放置置及及使使用用过过程程中中，晶晶型型向向顽顽火火辉辉石石或或斜斜顽顽辉辉石石转转化化引引起起较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132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.将将原原料料磨磨到到足足够够的的细细度度，加加入入适适当当的的晶晶粒粒抑抑制制剂剂，减减少少Ca O的的含含量，防止晶粒长大。量，防止晶粒长大。正正常常的的滑滑石石瓷瓷晶晶粒粒大大小小应应控控制制在在7m以以下下。一一般般生生产产中中规规定定球球磨磨后的细度为万孔筛余后的细度为万孔筛余0.1。b.加加入入适适量量外外加加剂剂，以以形形成成足足够够
22、的的玻玻璃璃相相并并包包裹裹细细晶晶的的原原顽顽辉辉石石，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.加加入入能能与与MgSiO3生生成成固固溶溶体体的的物物质质，例例如如加加入入少少量量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控控制制SiO2含含量量。当当SiO2过过少少时时，形形成成的的玻玻璃璃相相不不足足，过过多多则则游游离出方石英，其多晶转化能诱发原顽辉石的多晶转化。离出方石英，其多晶转化能诱发原顽辉石的多晶转化。e.控控制制冷冷却
23、却制制度度，在在900以以上上进进行行快快冷冷，以以便便生生成成细细晶晶结结构构，防防止止老老化。化。第24页，此课件共132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132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（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滑石瓷烧结的关键是扩大
24、烧结范围和严格控制窑炉温度制度。温度制度。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132页哦三、氧化铝瓷（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（c
25、orundumcorundum）;烧结温度很高烧结温度很高:18001800左右左右;日日常常生生产产产产品品: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,刚刚玉莫来石瓷玉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132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BaOAl2O3SiO2三元系统相图三元系统相图 第28页，此课件共132页哦三、氧化铝瓷（
26、三、氧化铝瓷（steatite ceramics）第第一一节节低低介介装装置置瓷瓷主晶相主晶相名称名称化学式化学式晶系晶系介电介电常数常数Tg(10-4)20oC1MHz刚玉刚玉-Al2O3三斜三斜101212莫来石莫来石3Al2O32SiO2斜方斜方75钡长石钡长石BaO Al2O32 SiO2单斜单斜6.5712BaO-Al2O3-SiO2系主要晶相性能系主要晶相性能第29页，此课件共132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
27、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)莫来石比氧化铝的耐热性差，但热膨胀胀系数小，抗热冲击性好。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。莫莫来来石石瓷瓷主晶相主晶相tg1041MHzv1005oC抗电抗电强度强度抗弯抗弯强度强度线膨线膨胀系胀系数数密度密度g/cm3烧结烧结温度温度烧结烧结收缩收缩压制压制挤挤制制3Al2O32 SiO2；SiO26.06.5304010102.02.570904.04.52.52.61300201.121.141.201.22莫来石瓷的主要性能莫来石瓷的主要性能第3
28、0页，此课件共132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，还可与釉烧一次完成，以简化工序。次完成，以简化工序。主晶相主晶相tg1041MHzv1005oC抗电抗电强
29、度强度抗弯抗弯强度强度线膨线膨胀系胀系数数密度密度g/cm3烧结烧结温度温度烧结烧结收缩收缩压制压制挤制挤制3Al2O32 SiO2；-Al2O36.51018101110122.53.01602203.54.03.21350201.141.161.241.28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132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1)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；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
30、岭土（偏高岭土（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来成分，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。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+SiO21200oC1300150
31、0oC第32页，此课件共132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）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；杂杂质质（或或矿矿化化剂剂）金金属属离离子子（如如Li、Mg2、Ca2等等）的的电电价价越低，半径越小，则二次莫来石的生成温度降低，生成量提高。越低，半径越小，则二次莫来石的生成温度降低，生成量提高。如如在在杂杂质质存存在在下下（2.7wt），胶胶状状水水化化Al2O3（d0.5m）与与粘粘土土生生成成二二次次莫莫来
32、来石石的的温温度度范范围围降降至至12001350，而而电电熔熔刚刚玉玉（d12.4m）生成二次莫来石则在）生成二次莫来石则在13501500。另另外外，外外加加矿矿化化剂剂时时，要要考考虑虑一一价价碱碱金金属属离离于于对对电电绝绝缘缘性性能能的的影影响响，一般引入碱土金属氧化物（如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132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132页哦三、氧化铝瓷（三、氧
33、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)粘粘土土中中含含有有害害杂杂质质较较多多，随随着着粘粘土土含含量量的的增增加加，瓷瓷坯坯的的电电性性能能将将显著恶化，因此粘土的用量不可过多。显著恶化，因此粘土的用量不可过多。第35页，此课件共132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
34、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能能与与Al2O3生生成成镁镁铝铝尖尖晶晶石石。在在Al2O3含含量量高高的的高高铝铝瓷瓷中中，抑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及及其其它它物物质质生生成成低低熔熔点点的的玻玻璃璃体体，不不但但除除去去坯坯体体中的游离石英，还能降低烧结温度，起助熔作用。中的游离石英，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及及其其它
35、它物物质质生生成成低低熔熔点点的的钙钙玻玻璃璃，不不但但除除去去了了坯坯体体中中游离石英，还能起助熔作用，促进烧结。游离石英，还能起助熔作用，促进烧结。第36页，此课件共132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 滑滑石石(3MgO4 SiO2H2O）在在700900之之间间脱脱水水，并并析析出出活活性性较较大大的的4SiO2和和MgOSiO2。具具有有较较大大的的化化合合能能力力，因因此此能能够够活活跃跃地地与与其它物质化合，其它物质化合，
36、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或或钡钡玻玻璃璃还还能能抑抑制制刚刚王王晶晶相相二二次次重重结结晶晶的的作作用用，防防止止刚刚玉玉晶粒的过分长大。晶粒的过分长大。第37页，此课件共132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
37、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132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转转变变成成Al2O3时时，体体积积收收缩缩13，容容易易造造成成坯坯体体开开裂裂，这这点点可可用用预预烧烧工工业业Al
38、2O3的的方方法法予予以以消消除除。Al2O3与与游游离离SiO2在在13001350左左右右生生成成二二次次莫莫来来石石时时，体体积积膨膨胀胀10左左右右很很容易导致坯体疏松，产生缺陷，这可由细磨容易导致坯体疏松，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。可可以以采采用用小小截截面面的的隧隧道道窑窑或或其其它它类类型型温温度度均均匀匀的的窑窑炉炉来来烧烧结结，并严格控制烧成制度来解决。并严格控制烧成制度来解决。第39页，此课件共132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一、概一、概 述述二、金红石瓷二、金红石瓷 三三、常常用
39、用高高介介电电容容器器瓷瓷料系统料系统第40页，此课件共132页哦一、概述一、概述1.电容器瓷种类电容器瓷种类按按照照材材料料介介电电系系数数的的温温度度系系数数=(1/)(d/dT)的的大大小小可可分分为为温温度度补补偿偿电电容容器器陶陶瓷瓷及及温温度度稳稳定定电电容容器器陶陶瓷瓷两两类类。此外，还有一些新型电容器陶瓷材料。此外，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，这种特性称为其值逐渐变小，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
40、目前前正正在在使使用用的的，具具有有NPO特特性性且且介介电电常常数数最最高高（80110）的材料是的材料是Nd2Ti2O7BaTiO3Bi2O3TiO2PbO系材料。系材料。第41页，此课件共132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132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
41、.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132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TiO2Zr(OH)4ZrO2BaCO3H2WO4CaCO3CaF2ZnOLi2CO3碳酸铈氧化镧水化物高岭土膨润土1875215287521323883.50.50.525.54900.9
42、1.81.80.94.8585510679101079442第44页，此课件共132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。的活性、晶粒大小及烧结温度与预烧温度有
43、关。预烧过的预烧过的TiO2活性降低，因此工厂一般采用未预烧和活性降低，因此工厂一般采用未预烧和预烧的预烧的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132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
44、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132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(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
45、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。以易分解的盐左右。以易分解的盐和碱形式引入为宜。除和碱形式引入为宜。除ZrO2外，外，TeO2、V2Q5、WO3等化合物也等化合物也有类似的作用。有类似的作用。第47页，此课件共132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(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，介电常数的温度杂质含量的增加，介电常数下降，介电常数的温度系数绝对值变小，系数绝对值变小，tg不论在常温或受潮时都显著增加，因此，
46、球磨必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。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水解，以提高可塑性。新练出的泥料可通过加入酸（如醋酸）水解，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）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，亦可使坯料水左右的回坯料，亦可使坯料水份均匀，改善或消除坯料的触份均匀，改善或消除坯料的触变性变性.第48页，此课件共132页哦4
47、、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132510132510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。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：在在这这种种情情况况下下，介介电电损损耗耗增增大大，比比体体积积电电阻阻减减小小，介介电电强强度度降低，介电常数增大。降低，介电常数增大。此此外外，不不宜宜用用碳碳化化硅硅承
48、承烧烧板板和和匣匣钵钵，因因为为高高温温下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132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，由于钛离子的变价，由于钛离子的变价特性，常引起电性能恶化特性，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.
49、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。如果在击穿前除去直流电场，并且停留在原老化温度下若干时间，则发生试样除去直流电场，并且停留在原老化温度下若干时间，则发生试样电阻预复到起始值，颜色恢复到原来的鲜黄色，这种现象称之为电阻预复到起始值，颜色恢复到原来的鲜黄色，这种现象称之为再生。再生。第50页，此课件共132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
50、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离晶格，以原子状态停留在靠近阳离子空位的结点间，形成子空位的结点间，形成氧离子空位和结点间氧原子对的氧离子空位和结点间氧原子对的缺陷缺陷。氧离子空位捕获电子后形成。氧离子空位捕获电子后形成F色心，使颜色变为色心，使颜色变为灰黑。在除去电场和改变电场极性时，停留在靠近氧离灰黑。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，消除了子，消除了F色心及