PDF《当前功能陶瓷发展动向 3》

当前功能陶瓷发展动向

3 祝炳和 赵梅瑜 (中国科学院上海硅酸盐研究所 ,上海 200050) 摘要简要介绍了功能陶瓷包括电容介质、 陶瓷封装、 压电瓷、 透明铁电陶瓷、 铁电薄膜、 变 阻器、 热敏电阻、 超导瓷及传感器瓷的最近进展 ,讨论了陶瓷学和固体物理以及工艺之间的相互作用 和渗透 ,它们将对功能陶瓷的未来发展产生深远的影响.

关键词 功能陶瓷 Abstract Recent advances in function ceramics , including dielectrics , ceramic packing , piezoelectric ceramics , transparent ferroelectric ceramics , ferroelectric film , varistors and thermistors , superconducting ceramics , and sensor ceramics are briefly reviewed. The mutual interaction between ceramic science , solid state physics and technology are discussed. This field offers an enormous potential to meet the challenges of the future. Key word function ceramics

1 概述[1 ,2 ] 人们概念中陶瓷是厨房中的砂锅和碗 ,用 它来烹调或盛物. 然而功能陶瓷的作用就全然 不同. 例如 ,航天技术中就用到压电陶瓷做的陀 螺或加速度器 ,作为导航用 ;

计算机在运算过程 中遇到停电 ,数据将消失 ,而功能陶瓷做的存储 器的信息则不易失除 ,不用电源可永久存储 ;

相 变是常见的物理现象 ,一种功能陶瓷发热体材 料 ,室温时为半导体 ,通电后立即升温到相变温 度Tc ,电阻突然升高几个数量级 ,这种电阻突 升现象可用于做自控温恒温发热体 ,且随环境 温度的低或高 ,可调节热量大小 ,即 按需供 热 ,已用于做热风机或干衣机. 过去人们把陶 瓷看成不大变化的石头 ,古代瓷片放几千年无 甚变化. 但功能陶瓷在外电场作用下 ,内部会产 生相应的变化 ,即功能过程. 例如铁电瓷中的电 畴 ,会在外电场的 指挥 下排齐 ,电场方向变 化 ,畴的方向也迅速跟随变化. 通过显微镜 ,人 们可以看到这种动态变化过程. 类似的原理可 构成换能器 ,通过它能量可以转换. 例如机械能 转变为电能(电火花) 就是压电引火 ,也可以从 电信号转变为振动 ,做成蜂鸣器 ,配上电路可以 成为电子乐器. 利用压电驱动器把电信号转化 为机械动作 ,例如织布本来为全机械动作 ,噪声 大 ,速度低 ,用压电驱动器使织布噪音降低 ,速 度也快. 多数陶瓷为良好绝缘体 ,但今天人们已 做出超导瓷 ,在某一温度 (临界温度) 下电阻为 零 ,比铜导线更导电 ,它对电力输送有很大好 处. 先进陶瓷按性质分为两类 :功能陶瓷及结 构陶瓷. 通常把具有电、 光、 磁、 弹性及部分化学 功能的多晶无机固体材料称为功能陶瓷 ,而把 具有机械、 热及部分化学功能的陶瓷称为结构 陶瓷. 功能陶瓷和结构陶瓷的产值比约为 3∶ 1. 世界功能陶瓷的产值约

70 ―

80 亿美元 ,按品种 及产值百分率分以下几种 :电容器

21 % ,磁性 瓷18 % , IC 封装

15 ―

16 % ,压电瓷

1114 % ,热 敏电阻

516 % ,传感元件

511 % ,基片

214 % ,变 阻器

119 %. 上列元件主要用于以下行业 :计算 机、 通信、 电视、 广播、 家用电器、 空间技术、 自动 化、 汽车及医疗等. 近几年功能陶瓷有以下几方面发展趋向 : (1) 微电子技术推动下的微型化 (薄片化) 和高

3 1996 年1月8日收到初稿 ,1996 年3月21 日收到修改 稿. ・

8 1

7 ・ 物理 速度化 ;

(2) 在安全和环保工作的促进下 ,发展 传感器和多孔瓷 ;