功能陶瓷材料研究进展概述

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　　摘  要：功能陶瓷材料因具有磁、电、声、光、力、热等方面的优异性能，在微电子技术、激光技术、自动化技术、光电子技术、通信、环保、能源和生物医药等领域得到广泛应用，在生活生产和科学技术发展中起到重要作用。文章重点介绍了功能陶瓷材料在我国的发展现状，阐述了功能陶瓷材料的种类、基本性质、应用、发展趋势及对策。
　　关键词：功能陶瓷;应用;趋势
　　中图分类号：TQ174        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）23-0089-02
　　Abstract： Functional ceramic materials are widely used in microelectronic technology， laser technology， automation technology， optoelectronic technology， communications， environmental protection， energy and biomedicine because of their excellent magnetic， electrical， acoustic， optical， mechanical and thermal properties， thus playing an important role in life， work and the development of science and technology. This paper focuses on the development of functional ceramics in China， and expounds the types， basic properties， applications， development trends and countermeasures of functional ceramics.
　　Keywords： functional ceramics; application; trend
　　引言
　　功能陶瓷是利用光、热、力、声、磁、电等直接效应及耦合效应的一种先进材料。功能陶瓷经历了电介质陶瓷、压电铁电陶瓷、半导体陶瓷、高温超导陶瓷等一系列的过程，目前在微电子技术、电子技术、激光技术、自动化技术、光电子技术、通信、环保、能源和生物医药等领域得到广泛应用，成为推动我国科技发展的重要功能性材料。当前功能陶瓷正朝着智能化、小型化、复合化、多功能化和材料、设计、工艺一体化的方向进一步的发展[1，2]。
　　1 功能陶瓷材料分类及应用
　　1.1 铁电压电陶瓷材料
　　随着电子器件智能化、微型化的发展，体积更小、性能优良的新材料是材料科学界优先研究方向。具有独特光学、电学和光电子学性能的铁电压电材料在信息存储、检测、传感器、通讯、军事上得到广泛应用，其主要分为以下几大类。
　　1.1.1 无铅压电陶瓷
　　 无铅压电陶瓷是一类具有良好环境协调性和满意的使用性能的一类新型功能材料。目前开发的主要有铌酸盐系陶瓷、钛酸盐陶瓷、铋层状结构压电陶瓷，它们具有无须密封合成和烧结、无须高温下极化、烧结温度低、合成温度低等特点。
　　1.1.2 弛豫铁电体
　　 弛豫铁电体具有相对低的烧结温度、很高的介电常数、大的电致伸缩系数、“弥散相变”得到的较低容温变化率和几乎无滞后的特点，在新型电致伸缩器件和多层陶瓷电容器应用广泛。目前研究热点是聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯的固溶体和铌镁酸铅-钛酸铅单晶[3]。
　　1.1.3 压电复合材料
　　目前研究非常活跃，应用范围主要包括压电传感器、热释电传感器、超声成像、无损探伤、非均匀振动换能器。制作工艺不断改进，探索出脱模法、注模成型法、遗留法等方法，压电陶瓷结构精度从100？滋m提升到20？滋m。
　　1.2 半导体陶瓷材料
　　半导体陶瓷是传感器技术及敏感元器件的关键材料，与通讯技术、现代信息技术、计算机技术密切相关，主要分为热敏电阻、压敏电阻、半导体陶瓷电容器、湿度传感器和气体传感器等几类。热敏电阻器大多数是尖晶石型氧化物半导体陶瓷，包括MnO-NiO-O2系、MnO-CoO-O2系、MnO-CuO-O2系等二元金属氧化物陶瓷，Mn-Cu-Co、Mn-Cu-Ni、Mn-Co-Ni 系等含Mn的三元金属氧化物，广泛用于控温、测温、稳压、补偿、遥控、时间延迟、流量流速测量等技术领域。气敏半导体陶瓷材料主要包括CoO系、NiO 系ZrO2系、V2O5系、SnO系、Fe2O3系等过度金属氧化物系，对天然气、城市煤气、丙烷、乙醇、甲烷等可燃气体有相当高的灵敏度。压敏电阻器是利用伏安特性呈非线性以及电阻对电压变化敏感的半导体陶瓷。ZnO是性能最好、应用最广的压敏半导体陶瓷。光敏半导体陶瓷是利用陶瓷对光子能量的差异和电特性的不同，产生伏特、光电导效应来制造制造光敏电阻和光电池。典型的光敏陶瓷有CdTe-CdS、Cu2S-CdS、CdSe、CdS等。
　　1.3 微波介质陶瓷材料
　　微波介质陶瓷主要用于制造谐振器、滤波器、介质天线等设备，在现代通信设备中发挥重要的作用。微波介质陶瓷具有低介电损耗、高介电常数、温度系数小等性能，能够满足微波电路高可靠性、低成本、集成化、小型化的要求。根据使用频率和相对介电常数的不同，分为以BaO-ZnO-Nb2O5、BaO-MgO-Ta2O5、BaO-MgO-Nb2O5系统或它们之间的复合系统为代表的低εr和高Q值微波介质陶瓷、以（Zr、Sn）TiO4，Ba2Ti9O2，BaTi4O9等为代表的中εr和高Q值微波介质陶瓷，以钨青铜结构，铅基钙钛矿系列，BaOLn2O3-TiO2系列，复合钙钛矿CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列为代表的高εr和高Q值微波介质陶瓷[4]。
　　2 功能陶瓷发展趋势及对策
　　2.1 功能陶瓷发展趋势
　　小型化、低损耗化、复合化、多功能化、智能化将是未来新型功能陶瓷材料的发展趋势。由于电子产品有向轻、薄、小发展的趋势，这就要求材料、损耗必须越来越小，当材料尺寸达到纳米级，表面、量子效应会显著加强，会产生独特的光、热、电等特性，从而使材料产生一些新的功能。随着科技的发展，对材料的功能也要求越来越高，单一材料往往难以满足，可以通过离子掺杂、材料复合等手段开发出综合的功能材料。智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果[5]。
　　2.2 对策
　　与发达国家相比，我国在功能陶瓷材料研究方面起步较晚，有一定的差距。为了开发出更好的功能材料，在功能材料研究方面应注意以下几点。
　　（1）重点突出。功能陶瓷材料的種类多、应用多，不应面面俱到研究、开发，而是集中优势开发需求量大、价值高的功能材料来满足国家的需求。
　　（2）加强基础研究，建立完善的研究开发体系。国家应该加大对高校基础研究的投入，鼓励高校成立开发研究团队，加强高校和企业的产学研合作，解决功能材料研究、开发、生产、应用的难题。
　　3 结束语
　　文章重点介绍了功能陶瓷材料在我国的发展现状，阐述了功能陶瓷材料的种类、基本性质、应用、发展趋势及对策。从中可以看出功能陶瓷材料在通信、电子、计算机等方面有着举足轻重的作用。希望国家加强功能材料的投入、研究、设计，开发新型功能陶瓷材料，为国家工业发展奠定良好基础。
　　参考文献：
　　[1]林志伟.功能陶瓷材料研究进展综述[J].广东科技，2010，241：36.
　　[2]李龙土.功能陶瓷材料及其应用研究进展[J].硅酸盐通报，2005（05）.
　　[3]王评初.弛豫铁电体相变研究的最新进展[J].哈尔滨理工大学学报，2007，7（6）.
　　[4]尹雪帆，喻佑华，周川钓，等.微波介质陶瓷材料发展综述[J].中国陶瓷，2006，24（2）.
　　[5]闫学增，林文松，方宁象，等.金属封装陶瓷复合材料制备方法的研究进展[J].轻工机械，2015（6）.
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