PDF《当前功能陶瓷发展动向 3》

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25 卷(1996 年) 第12 期 射或光刻的方法做成电路. 近年来 AlN 因导热 高且和硅容易匹配而受到重视 ,年增长率比 Al2O3 大4―8倍,年产达 1000t 的厂正在建立. 最近发展用于高速传输高性能封装基片 ,它要 求功率大(50W/ 片) 且容易和硅匹配 ,故多用复 合材料制作. 高密度陶瓷封装可以称作陶瓷工 艺的尖端 ,它涉及先进工艺及检测 ,对微电子技 术的发展有重要意义. 在这方面 ,国内与国外差 距甚大.

4 压电及透明铁电陶瓷[7 ―

10 ] 成熟的压电产品如滤波器、 蜂鸣器、 点火 器、 压电陀螺、 换能器等的生产以百亿计. 日本 年产 PZT 料1000t ,主要用于电视、 通信 (包括 无绳电话和移动电话) 、 水声、 雷达、 导航、 医疗、 自动化等 ,最近发展大位移换能器 ,薄型压电变 压器及传感器等. 例如 : (1) 虹型换能器 (用PLZT ,PZT ,PMN 材料) . 陶瓷片的一表面呈还 原状态 ,瓷片两面均有电极 ,利用弯曲振动 ,使在10kg 负荷作用下 ,产生大形变 (1mm) . 可用 于线性马达、 空腔泵、 开关、 强扬声器、 噪声抵消 器件、 可变焦距镜、 激光偏转镜等 ;

(2) 压电变压 器. 其特点是结构简单 ,转换效率高 (95 %) ,无 燃烧冒烟危险 ,无磁泄 ,低噪音 ,自控输出电流 , 安全系数高 ,厚3. 5mm ,在需要薄型器件的地 方比较合适(如液晶显示产品) . 日本有多家试 制;

(3) 空心球压电换能器. 其密度与水或人体 接近 ,容易与声耦合 ,可用于水声、 医疗探伤等 ;

(4) 高温压电流量传感器 (可用于

400 ℃ ) . 它对 航空测控有重要性. 铁电陶瓷逆热释电效应可用于铁电制冷 , 不用氟里昂. 现在已有用 PbScTaO3 材料制成 模型装置 ,具有有序无序相变的介质 ,可能为本 应用的理想工作物质.

1992 年后 ,铁电存储器 的发展推动了压电薄膜工作 ,促进微型压电驱 动器发展 ,使之渐渐进入灵巧陶瓷范畴 ,例如高 电致伸缩器件、 堆型 (pile) 驱动器、 传感及驱动 复合物、 双压电驱动器、 自保持替续器等. 其中 每一产品的应用 ,均有较大的意义. 例如 ,传统 纺织为全机械动作 ,速度低 ,噪音大 ,今采用压 电驱动器 ,利用电 ― 机转换 ,噪音很小 ,也提高 了纺织速度. 压电驱动器加上超声马达 ,构成灵 巧器件(smart device) ,将成为重要发展方向. 压电陶瓷材料研究已较系统 ,在国内 ,中国 科学院上海硅酸盐研究所、 四川压电与声光技 术研究所及高等院校开展了较多工作 ,并制出 了系列材料 ,机械品质因数 Qm 从10 ―

1700 ,居 里点 Tc 从170 ―

560 ℃,平面机电耦合系数 Kp 从0.

1 ― 0.

65 ,可满足各种应用. 但要符合苛刻 条件下的应用 (如压电变压器) ,则仍需改进均 匀性 ,提高致密度和动态强度 ,并降低烧结温 度. 这里有两个途径 : (1) 改进传统工艺 ,球磨用 ZrO2 球 ,加分散剂 ,或用搅拌球磨 ;

(2) 用化学 方法制粉. 例如日本用于压电变压器的 DCM -

6 料 ,就是改进工艺后制成的. 压电复合材料可 汇集两材料的优点 ,但也有发展 ,例如 ,利用残 骸法制备陶瓷 - 高分子复合体 ,具有优良静水 压压电性. 透明铁电瓷采用 PLZT 材料制作. 它利用 铁电 - 反铁电相变 ,发展了电光应用. 如用醋酸 盐溶液法制粉 ,则更为经济. 热压或无压烧结均 在使用. 透明铁电瓷可用于电光快门及电致伸 缩驱动器. PLZT 光阀还可用于光印刷 ,分辨率 高、 开关快. PLZT 尚存在耐久性问题 ,影响长 期使 用. 最近发展了高机械韧性材料,如PMN2PT瓷 ,作为电光显示应用. 透明铁电瓷由 于其组成单一 ,相单纯 ,相变点在室温附近 ,对 应力很敏感 ,十分适合于用它进行功能陶瓷的 基础研究. 材料中的功能过程如晶界作用、 电畴 运动、 空间电荷积累、 相变、 晶界迁移、 应力影响 等 ,均易于在显微镜下直接观测到. 中国科学院 上海硅酸盐研究所曾在这方面进行过较多的工 作.