張文毓

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所 河南 洛陽 471023)

前言

電子陶瓷是廣泛應(yīng)用于電子信息領(lǐng)域中的具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)的一類新型陶瓷材料，它是光電子工業(yè)、微電子及電子工業(yè)中的基礎(chǔ)元件，是國際上競爭激烈的高技術(shù)新材料。電子陶瓷可分為絕緣陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、光學(xué)陶瓷和磁性陶瓷4大類。隨著現(xiàn)代通訊、光電子、微電子、生物工程、智能制造和核技術(shù)等高科技的快速發(fā)展，人們對(duì)電子陶瓷元器件的要求也愈來愈高，高性能復(fù)合型電子陶瓷材料的研究越發(fā)引起了世界工業(yè)先進(jìn)國家的重視。

1 概述

電子陶瓷又稱電子工業(yè)用陶瓷，它在化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)電性能上，均與一般的電力用陶瓷有著本質(zhì)的區(qū)別。這些區(qū)別是電子工業(yè)對(duì)電子陶瓷所提出的一系列特殊技術(shù)要求而形成的，其中最重要的是須具有高的機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫高濕、抗輻射、介質(zhì)常數(shù)在很寬的范圍內(nèi)變化等性能。電子陶瓷粉體是制造電子陶瓷元器件的主要原料[1]。

電子陶瓷及其分類分別見表1、表2。

表1 電子陶瓷及其典型粉體

電子陶瓷典型成形方法有干壓(片狀)、擠壓(圓柱和圓筒狀)、軋膜(薄片狀)、注漿、熱壓鑄、車坯(較為復(fù)雜的形狀)、流延、印刷(膜狀)等。

表2 電子陶瓷分類

近年來，我國電子陶瓷市場規(guī)模穩(wěn)定增長，預(yù)計(jì)2019年市場規(guī)模達(dá)641億元。

日本、美國和歐洲領(lǐng)先全球電子陶瓷市場。日本陶瓷材料種類多、產(chǎn)量高、應(yīng)用廣泛，電子陶瓷約占全球市場份額的50%；美國電子陶瓷約占全球市場份額的30%，技術(shù)水平居全球前列，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程慢于日本；歐洲電子陶瓷約占全球份額的10%。

圖1 電子陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域

2 研究現(xiàn)狀

從20 世紀(jì)初期開始，電子陶瓷材料的發(fā)展過程經(jīng)歷了由介電陶瓷、壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、快離子導(dǎo)體陶瓷、高溫超導(dǎo)陶瓷到高性能復(fù)合型電子陶瓷的一個(gè)轉(zhuǎn)變。近年來，隨著厚膜、薄膜技術(shù)以及高純超微粉體技術(shù)研究的突破以及探索信息技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)陔娮犹沾刹牧吓c器件的一體化研究與應(yīng)用、傳統(tǒng)材料的改性等方面都開展了廣泛深入的研究，電子陶瓷已成為當(dāng)前材料研究工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。

2.1 絕緣陶瓷

云母陶瓷絕緣子是由云母陶瓷和金屬連接件組成的一種高性能絕緣組件，兼具陶瓷絕緣子和合成絕緣子的優(yōu)勢，具有耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足軌道交通車輛關(guān)鍵部位對(duì)絕緣子各項(xiàng)性能的要求。目前，已廣泛應(yīng)用于各類軌道交通車輛的電機(jī)、制動(dòng)電阻、變流器、電氣柜及電力機(jī)車的其他電氣部件。

由于軌道交通車輛運(yùn)行環(huán)境的特殊性，其關(guān)鍵部位接線用的絕緣子要具有優(yōu)異的電氣和機(jī)械性能，較高的使用溫度以及良好的耐候性等特點(diǎn)。云母陶瓷材料制成的絕緣子不僅在性能上能夠滿足以上要求，還具有體積小、可靠性好、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)，已在國內(nèi)外軌道交通車輛多個(gè)部位的接線安裝中廣泛使用。隨著近年來我國高速鐵路及城市地鐵的快速發(fā)展，云母陶瓷絕緣子的需求量也在逐年增加，且應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸擴(kuò)展[2]。

2.2 半導(dǎo)體陶瓷

半導(dǎo)體陶瓷是傳感器技術(shù)及敏感元器件的關(guān)鍵材料，與通訊技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。其主要分為熱敏電阻、壓敏電阻、半導(dǎo)體陶瓷電容器、濕度傳感器和氣體傳感器等幾類。

陶瓷材料具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度，并具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)，是半導(dǎo)體器件，特別是大功率半導(dǎo)體器件絕緣基片的重要材料。隨著半導(dǎo)體器件向大功率化、高頻化的不斷發(fā)展，對(duì)陶瓷絕緣基片的導(dǎo)熱性和力學(xué)性能都提出了更高的要求[3]。

歐美、日本的陶瓷基片的市場規(guī)?？蛇_(dá)50億美元以上。國內(nèi)對(duì)陶瓷基片的需求量也十分巨大，以氧化鋁陶瓷基片為例，目前我國的需求量每年超過106 m2，而其中近90%依賴進(jìn)口。目前已經(jīng)投入生產(chǎn)應(yīng)用的陶瓷基片材料主要包括氧化鈹(BeO)、氧化鋁(Al2O3)和氮化鋁(AlN)等。

Si3N4陶瓷基片是集高熱導(dǎo)率、高可靠性于一身的綜合性能最佳的基片材料，Si3N4陶瓷基片必將是未來半導(dǎo)體器件陶瓷基片的發(fā)展趨勢，并為第三代半導(dǎo)體的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。

2.3 鐵電陶瓷

基于鐵電材料沖擊波去極化效應(yīng)的高功率脈沖電源在國防和高新技術(shù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。多孔PZT95/5 鐵電陶瓷是目前鐵電體高功率脈沖電源應(yīng)用的理想材料。近年來, 多孔PZT95/5 鐵電陶瓷被發(fā)現(xiàn)因具有更優(yōu)異的綜合性能而引起廣泛關(guān)注。

隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展, 鐵電體高功率脈沖電源需要在非?？量虠l件下穩(wěn)定、可靠地工作, 要求鐵電體脈沖電源向小型化、輕量化方向發(fā)展。未來發(fā)展新型鐵電材料需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面:

1)具有高儲(chǔ)能密度, 也就是材料剩余極化強(qiáng)度盡可能高;

2)具有高能量輸出密度, 即材料具有高耐電強(qiáng)度;

3)具有高退極化溫度, 確保材料在更寬的使用溫度下能量輸出穩(wěn)定。

鈦酸鋇鐵電陶瓷是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來的一種性能卓越的介電材料，雖然其發(fā)展時(shí)間較短，但其具有卓越的壓電性能、介電性能及熱釋電性能等，一躍成為功能陶瓷領(lǐng)域極為重要的組成部分，并且其作為電子陶瓷元器件的基礎(chǔ)材料，推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展。近些年，全球電子工業(yè)發(fā)展迅速，其高性能、高精度、小型化的特點(diǎn)對(duì)其主要原料提出了更高的要求，這無形中也對(duì)鈦酸鋇鐵電陶瓷的發(fā)展提出了較高要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，要求鈦酸鋇鐵電陶瓷粉體超細(xì)、超純，并對(duì)主要原料摻雜改性技術(shù)進(jìn)行了不斷完善[4]。

2.4 介電陶瓷

目前,低介電常數(shù)陶瓷材料在理論研究和新體系探索方面雖已取得較大進(jìn)展，但仍需要面臨以下幾個(gè)問題:

1)由于低介電常數(shù)陶瓷高性能與低燒結(jié)溫度之間存在矛盾，因此如何選擇合適的低溫?zé)Y(jié)助劑和開發(fā)固有燒結(jié)溫度低、介電性能優(yōu)良的新材料體系仍是當(dāng)前研究的重要方向。

2)大部分新材料體系僅對(duì)材料的微波介電性能進(jìn)行了研究,并未深入地探討材料微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系,其介電損耗機(jī)理尚不清楚,不能實(shí)現(xiàn)系列化低介電常數(shù)陶瓷的可控制備。

3)大多數(shù)研究主要集中在材料成分和制備方法的創(chuàng)新方面,并未注重材料工程實(shí)用性的研究,如片式元件用流延漿料的成分體系、流延成形工藝、材料的共燒匹配性等關(guān)鍵技術(shù),嚴(yán)重影響了材料的產(chǎn)業(yè)化。

2.5 壓電陶瓷

壓電陶瓷是指把氧化物混合(氧化鋯、氧化鉛、氧化鈦等)經(jīng)高溫?zé)Y(jié)、固相反應(yīng)后而成的多晶體，并通過直流高壓極化處理使其具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷的統(tǒng)稱，是一種能將機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。壓電陶瓷是含高智能的新型功能電子材料,隨著材料及工藝的不斷研究和改良,壓電陶瓷的技術(shù)應(yīng)用愈來愈廣。壓電材料作為機(jī)、電、聲，光、熱敏感材料，在傳感器、換能器、無損檢測和通訊技術(shù)等領(lǐng)域已獲得了廣泛的應(yīng)用，世界各國都高度重視壓電陶瓷材料的研究和開發(fā)。

無鉛壓電陶瓷是一類具有良好環(huán)境協(xié)調(diào)性和滿意度的使用性能的一類新型功能材料。目前開發(fā)的主要有鈮酸鹽系陶瓷、鈦酸鹽陶瓷、鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷，它們具有無須密封合成和燒結(jié)、無須高溫下極化、燒結(jié)溫度低、合成溫度低等特點(diǎn)[5]。其3類性能最優(yōu)的無鉛壓電材料體系為：鈦酸鋇基(BT) 、鈮酸鉀鈉基(KNN) 和鈦酸鉍鈉基(BNT)陶瓷。

BaTiO3(BT)基無鉛壓電陶瓷因其較高的相對(duì)介電常數(shù)、優(yōu)良的鐵電、壓電、熱釋電、耐壓和絕緣等性能,在目前無鉛壓電陶瓷幾大體系中有廣闊應(yīng)用前景。近年來,關(guān)于該體系材料的改性制備研究的報(bào)道越來越多。

為進(jìn)一步優(yōu)化BT基無鉛壓電陶瓷的性能,擴(kuò)大該體系材料的應(yīng)用范圍,在今后的研究工作中,可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入探索:在已獲得且研究較成熟的陶瓷體系中繼續(xù)進(jìn)行A 位或B位離子摻雜,改善BT基陶瓷的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性;向體系中引入高居里溫度的鐵電體,提高BT 基陶瓷的居里溫度;采用新的燒結(jié)工藝研究BT基陶瓷的低溫?zé)Y(jié)與超低溫?zé)Y(jié)以節(jié)約能源;進(jìn)一步開發(fā)研究實(shí)用高效的粉體制備方法,將兩種或多種合成方法結(jié)合,優(yōu)化陶瓷粉體的性能。

壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料，在驅(qū)動(dòng)器、傳感器、換能器等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。例如，Pb(Zr，Ti)O3(PZT)壓電陶瓷是自適應(yīng)光學(xué)的重要部件——變形鏡的核心材料，其性能直接影響系統(tǒng)的矯正范圍、遲滯等參數(shù)。Pb( Zr，Ti)O3壓電陶瓷常常采用摻雜的方式提高其性能。

中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所輕量化中心在PZT 基壓電陶瓷的研究中取得新進(jìn)展:采用Pb(Mn1/3Sb2/3)O3(PMS) 摻雜Pb(Ni1/3Nb2/3) O3-PbZrO3-PbTiO3(PNN-PZT) ，提高了材料的力學(xué)性能，使其在應(yīng)用中結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性[6]。

2.6 離子陶瓷

鋰離子電池隔膜材料必須具備：非電子導(dǎo)體、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐電解液腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度大、循環(huán)壽命長、吸液性和保液性好等特點(diǎn)。隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有十分重要的作用。對(duì)高性能隔膜的主要研究方向?yàn)椋簾o機(jī)陶瓷復(fù)合膜、陶瓷涂層復(fù)合膜、有機(jī)涂層復(fù)合膜和有機(jī)/無機(jī)涂層復(fù)合膜。

鋰離子電池隔膜從單一聚烯烴材料正邁向多元化方向發(fā)展，特別是近年來興起的陶瓷復(fù)合隔膜。陶瓷材料粒徑大小的選擇、尋找用量少且對(duì)電池電性能影響小的粘結(jié)劑、利用環(huán)保無污染的水性溶劑及陶瓷隔膜的制備工藝等將是未來陶瓷改性隔膜的研究方向。未來鋰離子電池對(duì)陶瓷復(fù)合隔膜的需求將會(huì)快速增長[7]。

2.7 光電陶瓷

近年來, 透明陶瓷作為新型光電功能材料受到國際上廣泛關(guān)注, 是功能材料的研究熱點(diǎn)之一。早在20世紀(jì)60年代, 科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)一些致密透明的多晶陶瓷材料在某些光學(xué)性能上與同材質(zhì)單晶材料相近， 甚至可以取代單晶材料。透明陶瓷不僅具有成本低、尺寸大、可用作成異型材料的優(yōu)點(diǎn)，而且其稀土摻雜量可以遠(yuǎn)高于單晶體, 若發(fā)展為激光材料, 可以最大限度地提高泵浦效率和增大激光輸出功率。日本Ikesue等于1995 年成功研制出摻Nd的YAG激光陶瓷, 其透光性、熒光壽命、熒光發(fā)射等光譜性能與Nd∶YAG單晶接近, 而摻入的Nd濃度可比單晶的高10倍;目前該材料的激光性能已達(dá)到甚至超過YAG單晶的水平(激光二極管陣列泵浦直徑8 mm、長203 mm的透明Nd∶YAG 陶瓷, 可獲得1.42 kW的連續(xù)激光輸出),有望用于工業(yè)化、大批量生產(chǎn)的微片激光器,形成了激光材料研究的新領(lǐng)域[8]。

2.8 熱釋電陶瓷

Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)基陶瓷作為傳統(tǒng)熱釋電陶瓷，利用其在遠(yuǎn)低于相變點(diǎn)時(shí)極化隨溫度的變化，工作在居里溫度(TC)以下，可以獲得較高的熱釋電響應(yīng)。通過進(jìn)行合適的離子摻雜、引入適當(dāng)?shù)娜祷蚨嘣?、改進(jìn)制備工藝等手段，PZT 鐵電陶瓷的熱釋電性能能夠得到極大提高，其他的電學(xué)性能也可以得到適當(dāng)調(diào)節(jié)。

國際上對(duì)于PZT熱釋電陶瓷材料的研究始于20世紀(jì)60年代，70年代以后陸續(xù)有文章和專利報(bào)道了改性PZT 熱釋電陶瓷的研究結(jié)果。

近年來國內(nèi)對(duì)PZT熱釋電材料的研究越來越多，從發(fā)表的文章看主要還是集中在薄膜制備和性能改善研究上面，對(duì)陶瓷材料的研究報(bào)道相當(dāng)少。然而實(shí)際上，PZT熱釋電陶瓷材料是目前紅外探測器核心敏感元件的主流應(yīng)用材料，國內(nèi)熱釋電探測器生產(chǎn)商使用的陶瓷產(chǎn)品還主要依賴進(jìn)口。從國內(nèi)已經(jīng)公開報(bào)道的關(guān)于PZT 熱釋電陶瓷的文獻(xiàn)來看，其材料綜合性能還和國外有一定差距，而在PZT 熱釋電陶瓷的產(chǎn)業(yè)化方面國內(nèi)更是鮮有報(bào)道。

3 應(yīng)用進(jìn)展

3.1 絕緣陶瓷

電絕緣陶瓷因具備導(dǎo)熱性良好、電導(dǎo)率低、介電常數(shù)小、介電損耗低、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特性，被廣泛應(yīng)用于金屬熔液的浴槽、熔融鹽類容器、封裝材料、集成電路基板、電解槽襯里、金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體、主動(dòng)裝甲材料、散熱片以及高溫爐的發(fā)熱件中。

在電子、電力工業(yè)中，絕緣陶瓷比如電力設(shè)備的絕緣子、絕緣襯套、電阻基體、線圈框架、電子管功率管的管座及集成電路基片等主要是用于電器件的安裝、保護(hù)、支撐、絕緣、連接和隔離。

3.2 半導(dǎo)體陶瓷

半導(dǎo)體陶瓷品種繁多，如：熱敏、濕敏、氣敏、壓敏及光敏電阻器等。其中熱敏電阻元件被廣泛應(yīng)用于工業(yè)電子設(shè)備及家用電器產(chǎn)品中。比如用于汽車?yán)鋯?dòng)的PTC加熱片，可提高冷啟動(dòng)速度和降低汽車尾氣排放，在彩電消磁器、機(jī)調(diào)器、節(jié)能燈、空暖風(fēng)等家用電器中，PTC 熱敏陶瓷也有著廣泛應(yīng)用；氣敏陶瓷則主要用于肉類的鮮度鑒定和酒類識(shí)別；而濕敏陶瓷傳感器主要應(yīng)用于食品加工、空調(diào)、輕紡等方面；壓敏陶瓷主要在超導(dǎo)移能、高壓穩(wěn)壓，無間隙避雷器等方面應(yīng)用。除此之外，半導(dǎo)體陶瓷在航空航天、電子通信、儀器儀表、雷達(dá)等領(lǐng)域也有很重要的應(yīng)用。

3.3 鐵電陶瓷

鐵電/鐵磁復(fù)合材料有3類主要用途：

1)利用其兼有電感和電容特性可以開發(fā)多功能、高集成度的LC式器件和小型化天線；

2)此類材料的磁電耦合特性可以應(yīng)用于磁場探測，強(qiáng)電系統(tǒng)中的電磁泄露測量，新型存儲(chǔ)器件和可調(diào)微波器件等；

3)提高此類材料的磁損耗和介電損耗可以用于微波吸收。鐵電/鐵磁復(fù)相陶瓷是選用鐵電陶瓷作為鐵電相，不同結(jié)構(gòu)的鐵氧體作為鐵磁相，經(jīng)過陶瓷工藝燒結(jié)制備的一類重要的鐵電/鐵磁復(fù)合材料，因?yàn)槠湓诒３侄噼F特性的同時(shí)還具有了陶瓷材料的優(yōu)良機(jī)械性能、散熱性和環(huán)境穩(wěn)定性，所以受到越來越廣泛的關(guān)注[9]。

3.4 介電陶瓷

介電陶瓷因具有高強(qiáng)度、介電損耗低、耐熱性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于集成電路基板的制造材料。比如氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁及碳化硅等可普遍作為集成電路基板的陶瓷材料，其中氧化鈹因制造工藝復(fù)雜、毒性大及成本高等原因限制了它的使用；而碳化硅的導(dǎo)熱性雖然優(yōu)于氧化鋁，且通過熱壓方法制成的高性能基板，在200 ℃左右時(shí)其性能仍能滿足實(shí)用要求，但由于熱壓燒結(jié)工藝復(fù)雜及添加劑有毒，也限制了它的發(fā)展；氮化鋁的其他電性能雖然和氧化鋁陶瓷大致相當(dāng)，但其熱傳導(dǎo)率卻是氧化鋁瓷的10倍左右，所以極有可能成為超大規(guī)模集成電路的下一代優(yōu)質(zhì)基板材料。

作為新型的電子陶瓷，BaTiO3和SrTiO3等材料具有光、電、磁、機(jī)械以及化學(xué)與生物等多種功能而被廣泛應(yīng)用于電子信息、通信工程、集成電路等領(lǐng)域。

由于有高的介電常數(shù)，低介電損耗，優(yōu)良的鐵電、壓電、耐壓和絕緣性能，鈦酸鍶鋇電子陶瓷材料被廣泛應(yīng)用于體積小而容量大的微型電容器、熱敏電阻、超大規(guī)模動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、調(diào)諧微波器件，其主要應(yīng)用領(lǐng)域有：

1)鐵電移相器領(lǐng)域;

2)紅外探測器領(lǐng)域;

3)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)領(lǐng)域。

微波介質(zhì)陶瓷(MWDC)是指應(yīng)用于微波頻段電路(主要是UHF、SHF 頻段,300 MHz～300 GHz)中作為介質(zhì)材料完成一種或多種功能的新型陶瓷功能材料。微波介質(zhì)陶瓷具有介電常數(shù)適中、高頻下介電損耗低、溫度穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn),可以在微波電路系統(tǒng)中發(fā)揮介質(zhì)隔離、介質(zhì)波導(dǎo)及介質(zhì)諧振等功能,是制作介質(zhì)基板、濾波器、諧振器等微波元件的關(guān)鍵材料。目前,典型的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料體系主要包括Al2O3系、硅酸鹽系、AAl2O4系(A=Zn,Mg)、鎢酸鹽系、磷酸鹽系及石榴石結(jié)構(gòu)化合物體系等[10]。

微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用在高頻下，具有低損耗、溫度穩(wěn)定型的介電特性，應(yīng)用廣泛。適用于微波諧振器、濾波器、振蕩器、電容器、移相器以及襯底材料等，是移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通訊與定位(GPS)、藍(lán)牙，無線局域網(wǎng)(WLAN)等現(xiàn)代微波通訊領(lǐng)域的核心材料。

3.5 壓電陶瓷

自1942 年，鈦酸鋇作為第一個(gè)陶瓷型壓電材料誕生以來，壓電陶瓷的應(yīng)用產(chǎn)品已遍及大眾生活的諸多方面。比如壓電打火機(jī)、煤氣灶打火、炮彈引爆裝置等都是利用壓電陶瓷將外力轉(zhuǎn)換為電能的特性制造的。壓電陶瓷作為敏感材料時(shí)，制作出來的壓電地震儀，可以對(duì)人類不能感知的細(xì)微振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，從而可有效預(yù)測地震，減少損失。利用壓電效應(yīng)制作的壓電驅(qū)動(dòng)器是微電子、精密機(jī)械和生物工程等領(lǐng)域的重要器件。當(dāng)壓電陶瓷用作超聲波發(fā)射器時(shí)，可用于海洋探測、水中導(dǎo)航、超聲清洗、醫(yī)學(xué)成像以及固體探傷、超聲疾病治療等方面。利用壓電陶瓷蜂鳴器、超聲顯微鏡、壓電換能器、壓電點(diǎn)火器等可用來作遙測和遙控系統(tǒng)。此外，壓電陶瓷還在精密儀器、自動(dòng)控制航天航空、辦公自動(dòng)化、微型機(jī)械系統(tǒng)、精密定位等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[11]。

壓電陶瓷已被廣泛應(yīng)用于航空航天、艦艇聲納、高速列車、汽車、精密儀器控制、移動(dòng)通訊、辦公及家用電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，在全球已經(jīng)形成了每年近百億美元的巨大市場。然而，目前壓電產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品為對(duì)人體及環(huán)境有害的鋯鈦酸鉛(PZT) 陶瓷。隨著國際上對(duì)電子產(chǎn)品中使用含鉛等有害材料的限制愈來愈嚴(yán)格，擁有巨大市場的壓電陶瓷的無鉛化已成為擺在全球面前的緊迫任務(wù)。

3.6 離子陶瓷

由于快離子導(dǎo)體的電荷載體是離子，具有在傳輸電荷的同時(shí)伴隨離子遷移的特性，使它具有很多不同于電子導(dǎo)體的用途。例如在固體電子器件及各種電池的隔膜材料中的應(yīng)用，其中已實(shí)用化的有常溫一次電池、燃料電池、蓄電池、庫侖計(jì)、氣敏傳感器、可變電阻器、電積分器，雙層電容器等。

3.7 光電陶瓷

透明陶瓷是一類正在迅速發(fā)展的新型光電功能材料, 在工業(yè)、民用以及軍工等方面具有重要應(yīng)用前景。該領(lǐng)域機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存, 沿著材料設(shè)計(jì)合成、結(jié)構(gòu)調(diào)控、功能優(yōu)化與拓展的研發(fā)思路, 大力加強(qiáng)透明陶瓷的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究, 實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)突破, 趕超國際先進(jìn)水平, 是擺在我們光電功能材料科研人員面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。

3.8 熱釋電陶瓷

熱釋電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)雖然很早，但熱釋電材料的應(yīng)用開發(fā)卻很晚，直到20世紀(jì)70年代中期，隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，在紅外探測器中才得到重要的應(yīng)用。目前，熱釋電探測器己經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。熱釋電紅外探測器、熱釋電測溫儀、熱釋電攝像儀等現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于火焰探測、環(huán)境污染監(jiān)測、非接觸式溫度測量、夜視儀、紅外測厚計(jì)與水分計(jì)、醫(yī)療診斷儀、紅外光譜測量、激光參數(shù)測量、家電自動(dòng)控制、工業(yè)過程自動(dòng)監(jiān)控、安全警戒、紅外攝像、軍事、遙感、航空航天空間技術(shù)等領(lǐng)域。而隨著微電子機(jī)械技術(shù)和集成鐵電學(xué)的發(fā)展，薄膜型熱釋電紅外探測器陣列和焦平面陣列已深受人們的關(guān)注。熱釋電單片式紅外焦平面陣列和混合式非致冷紅外焦平面陣列產(chǎn)品已進(jìn)入商品和軍品領(lǐng)域。隨著非致冷紅外焦平面陣列技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用于軍品和民品各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域，熱釋電材料在紅外探測領(lǐng)域必將發(fā)揮越來越大的作用，并從根本上改變目前紅外光電子學(xué)的面貌。

2003年，中國兵器集團(tuán)211研究所采用上海硅酸鹽研究所提供的該體系的PZT熱釋電陶瓷，首次在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了熱釋電紅外成像系統(tǒng)成像，在國內(nèi)熱釋電成像領(lǐng)域具有里程碑式的意義。

熱釋電紅外電子器件是一種將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的器件，通過檢測物體的熱量，根據(jù)熱量的變化，選擇性吸收波長，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。熱釋電紅外電子器件主要分為紅外探測器和紅外傳感器，兩者工作原理基本一樣。其初期在航天、氣象、軍事、天文、工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著家用自動(dòng)化的市場增長促使全球范圍內(nèi)對(duì)熱釋電紅外電子器件的需求逐漸上升，其中美國、日本、加拿大、英國、西班牙、德國、法國和中國等對(duì)家用自動(dòng)化市場貢獻(xiàn)比較大，主要在控制家用電器的能耗、集中控制采暖通風(fēng)、照明、空調(diào)、防盜報(bào)警器、無線遙控門鈴、無線遙控開關(guān)、門窗安全檢測、紅外感應(yīng)燈、紅外感應(yīng)門鈴、紅外感應(yīng)開關(guān)以及玩具等方面的應(yīng)用比較多見；此外，熱釋電紅外電子器件還用于監(jiān)測房間內(nèi)的人及其運(yùn)動(dòng)情況，檢測進(jìn)水量，檢測門窗的破損程度等，具有廣闊的應(yīng)用市場前景。熱釋電紅外電子器件最為核心的零件就是熱釋電材料，可以說熱釋電材料的發(fā)展直接影響著紅外電子器件的發(fā)展，所以探討熱釋電材料的研究進(jìn)展具有非常重要的意義[12]。

3.9 高溫超導(dǎo)陶瓷

在交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、醫(yī)藥環(huán)保、電子工程、高能核實(shí)驗(yàn)和熱核聚變等領(lǐng)域，高溫超導(dǎo)陶瓷都有著廣泛的應(yīng)用。比如電力系統(tǒng)方面，利用超導(dǎo)陶瓷的零電阻特性，可承擔(dān)超導(dǎo)線圈、輸配電、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)等功能。在醫(yī)藥環(huán)保方面，可以利用超導(dǎo)體進(jìn)行無害化處理、廢水凈化。在高能核實(shí)驗(yàn)和熱核聚變方面，可利用超導(dǎo)體制造探測粒子運(yùn)動(dòng)徑跡的儀器，也可利用超導(dǎo)體的強(qiáng)磁場使粒子加速獲得高能粒子。在電子工程方面，可以制成超導(dǎo)、超導(dǎo)場效應(yīng)晶體管、超導(dǎo)量子干涉器、超導(dǎo)磁通量子器件等器件。此外，將高溫超導(dǎo)應(yīng)用于超高頻可用作毫米波通信，將會(huì)使電視畫面更清晰。

3.10 高性能電子陶瓷材料

作為尖端技術(shù)中不可缺少的新材料的一個(gè)組成部分的高性能電子陶瓷，它在航空航天、國防工業(yè)、能源、電子、機(jī)械、汽車、冶金、石油化工和紡織行業(yè)等各領(lǐng)域都有很廣闊的應(yīng)用前景。例如在石油化工行業(yè)需要大量的球閥、缸套等耐腐蝕耐磨的陶瓷部件，在紡織行業(yè)中需要大量的陶瓷剪刀、陶瓷輪等耐磨陶瓷件，在國防工業(yè)需要具有特殊性能的陶瓷材料，如耐高溫輕質(zhì)隔熱材料，防彈裝甲陶瓷；在航空航天中，需要用的反射鏡陶瓷材料，激光器用的聚光腔陶瓷材料等都屬于高性能陶瓷材料。可見，在高技術(shù)領(lǐng)域高性能陶瓷材料具有廣泛且不可替代的作用，其發(fā)展速度也十分驚人，每年以接近10倍的速度發(fā)展。

隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，電子陶瓷材料由傳統(tǒng)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品向數(shù)字化的信息產(chǎn)品比如計(jì)算機(jī)、數(shù)字化音視頻設(shè)備和通信設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。為了滿足數(shù)字技術(shù)對(duì)陶瓷元器件提出的一些特殊要求，世界各國的研究機(jī)構(gòu)及大學(xué)都在功能陶瓷新材料、新產(chǎn)品、新工藝方面投入大量資金進(jìn)行研究開發(fā)。其中新型電子陶瓷元器件及相關(guān)材料的發(fā)展趨勢和方向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：技術(shù)集成化、功能復(fù)合化、結(jié)構(gòu)微型化、環(huán)保無害化。

4 結(jié)語

電子陶瓷品種繁多，性能各異，主要包括絕緣陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、鐵電陶瓷、介電陶瓷、壓電陶瓷、離子陶瓷、光電陶瓷、熱釋電陶瓷和高溫超導(dǎo)陶瓷等。其在航空航天、機(jī)械工程、汽車零部件、軍事和生物醫(yī)療等很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，人們會(huì)對(duì)電子陶瓷材料的性能、形狀、品種、精密度等方面提出更高的要求。所以只有不斷地開發(fā)與采用新的制備工藝，創(chuàng)造新的材料體系，才能更大地發(fā)揮電子陶瓷新材料在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)中的作用。