结构陶瓷材料及其.ppt

新型无机非金属绝缘材料,组员 吴颜如 张永超 张腾飞,简介：,绝缘材料的概念种类及其性质要求 绝缘材料的绝缘机理及其影响因素 绝缘材料的举例 Al2O3的原料，性能，制备方法 射频磁控溅射法制备氧化铝涂层的绝缘特性 实验条件、物相分析、表面形貌 绝缘材料的应用前景 图片赏析,一. 1.概念： 绝缘结构陶瓷主要是应用于制作绝缘装置零部件、电容器介质、电阻或电阻基体、集成电路基片和封装管壳、各种微电子电路基片，电真空陶瓷等部件的陶瓷材料。 2.种类： 按其化学组成可分为氧化物和非氧化物两类 按其用途可分为工频用（工频是指工业上用的交流电源的频率 在我国为50HZ ）、高频用（高频一般用在电器内部的控制部分 频率较高一般都是几十千HZ ）和耐热用。具有代表性的有Al2O3、BeO陶瓷、BN陶瓷、氮化硅陶瓷、AlN陶瓷、陶瓷、滑石陶瓷莫来石陶瓷、低碱瓷、绝缘釉料等。,3.性能要求: 电阻率高，介电常数小，介电损耗小，机械强度高，化学稳定性好；对于高频瓷，还要求热膨胀系数小，热导率高，抗热冲击性好。集成电路基片要求高热导率。,二.绝缘陶瓷材料的绝缘机理,绝缘陶瓷材料在电场作用下，内部发生极化，即在晶粒、晶格和离子内部发生电荷离子的位移。由能带理论知此位移很小。绝缘体禁带宽度很大（4-5ev）.满带的电子不能跃迁到导带，故无电流产生，在常温下电阻很高，几乎无电子迁移，仅具有离子扩散引起的电导 Lg i=A(-E/kT) (注：i是离子电导，A是常数，E是活化能，k是波耳茨曼常数，T是温度) 由此可知：电阻随温度的上升而急剧下降。一般电荷体积小的离子易于扩散，其活化能小。因此应避免陶瓷内含碱金属离子的存在。,能带理论对固体电子导电能力的解释,影响陶瓷绝缘性的因素,三1.绝缘陶瓷举例-Al2O3陶瓷制备,1.原料由天然铝矾土矿经碱溶液浸取而制的。 2.除碱处理有两种一是水浸出法（200C 2h的热水处理），二是煅烧法（即加1%的硼酸在1400C煅烧，使碱生成挥发性的偏硼酸钠而除去），除铁是在还原气氛中煅烧。 3.常用添加剂是MgO+Y2O3, MgO是抑制晶粒长大，降低烧结温度，减少挥发，改善烧结性能 4.工艺流程 工业氧化铝预烧-磨细-配料-成型-烧结-表面加工 预烧是为了使氧化铝晶型转化，同时排出氧化钠。 5.性能 具有机械强度高、绝缘性能好、抗电强度高、耐高温、高频下的介质损耗小、抗热振性能好等优良特能。,2.例如：射频磁控溅射法制备氧化铝涂层的绝缘特性,氧化铝具有优良的绝缘和阻氚性能，是（“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”） 候选功能材料之一 本实验在JGP450磁控溅射镀膜仪上应用射频磁控溅射的方法，制备氧化铝涂层。 （1）实验条件：本底真空为4.0X10Pa，溅射气压为0.7Pa，功率为150W，基底（正方形CLMA钢，用丙酮和去离子水清洗）温度为室温，溅射气体为O2、Ar混合气体，分别在氧氩比为0.1、0.4和0.5下制备涂层样品。,（）氧化铝涂层的物相分析,原因：厚度小于10的涂层样品，普通XRD法难精确对其进行表征，因而采用掠入射法对涂层进行结构分析 结论： 1.掠入射谱中 未出现明显的特征谱线， 表明此时涂层为非晶结构 2.氧氩比为0.4时， 涂层样品在2为45.8 附近出现了较为明显的衍射峰， 表明涂层已结晶,表明：氧氩比为0.4时，氧化铝涂层在频移为750900cm-1处出现了较明显的Raman(分子振动光谱）峰,表明此氧氩比下制备的氧化铝涂层为非晶结构,（） 表面形貌,比较： （1）粒度 （2）粗糙度,可看出：在氧氩比为0.1和0.4下制备的涂层表面较为平整，涂层表面的粒径和平均粗糙度较小。当氧氩比为0.5时，表面出现较多粒径较大的颗粒，且粗糙度明显增大。 原因：氧氩比为0.5时，溅射室中氧气含量最高，高能的氧负离子的浓度相对过高，造成在此氧氩比下制备的涂层表面较为粗糙，且颗粒粒径较大。,四、绝缘陶瓷材料的应用前景,绝缘陶瓷的应用面甚广，有电力工业用的各种绝缘部件、耐热原件；汽车用的火花塞，电子工业用的电阻芯片、电子管管壳和管座，厚膜电路基片和集成电路用的封装管壳和基片。尤其发展迅速的各种基片材料（如低温陶瓷基片等），种类多，技术要求高，应用范围广。,参考文献： 1.马如璋 蒋民华主编功能材料学概论冶金工业出版社 2.功能材料及