1.3　功能陶瓷材料分类、品种范围及性能特点

目前已经研究比较深入的功能陶瓷有电容器陶瓷、微波介质陶瓷、敏感陶瓷、压电陶瓷、绝缘陶瓷、导电陶瓷、生物陶瓷和结构陶瓷等。下面将介绍几种主要的功能陶瓷及其应用。

（1）电容器陶瓷：用于高频电路的温度稳定的电容器陶瓷，如钛酸钡瓷、镁镧钛瓷、钙钛硅瓷等；用于高频电路起温度补偿作用的电容器陶瓷，如金红石瓷、钛酸钙瓷、钛锶铋瓷、锡酸盐和锆盐瓷等；还有用于高频高功率电路、高压电路和高脉冲电路的多种陶瓷。另外，还有具有高介电常数的铁电陶瓷，它可以制造体积小、电容量大的电容器，用于低频、高频、脉冲储能电路；介电常数很高，且对温度相当稳定的半导体陶瓷电容器，亦称晶界层电容器，它具有高的可靠性，用于要求稳定性和可靠性高的电路。

（2）微波介质陶瓷：微波介质陶瓷（MWDC）是指应用于微波频段（主要是UHF、SHF频段，300MHz～300GHz）电路中作为介质材料，并完成一种或多种功能的陶瓷。目前，微波介质陶瓷已在便携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接收器、军事雷达等方面被用来广泛制造微波介质滤波器和谐振器，在现代通信工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。

（3）敏感陶瓷：敏感陶瓷是指当作用于这些材料制作的元件上的某一个外界条件，如温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线等改变时，会引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这种元件上准确迅速地获得某种有用的信号。主要有热敏陶瓷、压敏陶瓷、气敏陶瓷、湿敏陶瓷等。

（4）压电陶瓷：压电陶瓷的晶体结构上没有对称中心，因而具有压电效应，即具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。压电陶瓷材料具有成本低、换能效率高、加工成型方便等优点，常用于制作压电谐振器、滤波器、换能器、超声波发生器和变压器等。常用的压电元件有：传感器、气体点火器、报警器、音响设备、医疗诊断设备及通信设备等。代表性陶瓷材料有PbTiO3、Pb（Zr，Ti）O3陶瓷、PbZrO3等。

（5）绝缘陶瓷：是以黏土为代表的硅酸盐矿物烧制而成，由于这些制品本身是绝缘的，故称为绝缘陶瓷。主要用作绝缘支柱、板、管等各种绝缘子和紧固件，广泛应用于汽车、电力、计算机等领域。目前器件主要有绝缘子、火花塞、电阻器基体材料和集成电路基片等。

（6）导电陶瓷：通常陶瓷不导电，是良好的绝缘体。然而，某些氧化物陶瓷加热时，处于原子外层的电子可以获得足够的能量，以便克服原子核对它的吸引力，而成为可以自由运动的自由电子，这种陶瓷就变成导电陶瓷。如SiC、ZrO2、MoSi2等高温电子导电陶瓷材料，SrCeO3系高温型质子导电陶瓷等，可用作高温发热体、微波吸收材料、大功率电阻器等。

（7）生物陶瓷：生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体直接相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。生物陶瓷的应用范围也正在逐步扩大，现可应用于人工骨、人工关节、人工齿根、骨充填材料、骨置换材料、骨结合材料，还可应用于人造心脏瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工气管等。

进入新世纪以来，在探索信息技术进一步发展的空间时，世界形成了各类元器件“大集成”共识，认为低温共烧陶瓷（LTCC）技术是迎接新一代元器件时代来临，实现新型电子元器件的最佳技术。LTCC最初是1982年休斯公司开发的新型材料，它采用厚膜材料，根据共烧陶瓷设计的结构制造，主要用于实现高集成度、高性能电子封装的技术方面，在设计的灵活性、布线密度和可靠性方面提供了巨大的潜能。LTCC技术是一种先进的混合电路封装技术，可将滤波器、天线、电容器、电感器、变压器等无源分立器件配置于多层布线基板中，与有源器件共同集成为一个完整的电路系统。因此，LTCC技术又称为混合集成技术。LTCC的特色在于可以使用平行式的制程，具有以下特点：①烧结温度低于1000℃；②热膨胀系数与半导体匹配；③具有较高的电路密度及散热能力；④可以制作极高层数的器件及模块；⑤产品可靠性高；⑥可降低产品的质量及减小体积。

本书主要介绍使用量大、面广的电容器陶瓷、微波介质陶瓷、敏感陶瓷、压电陶瓷及其器件的基本特性、应用及产业现状，以及实现各类元器件“大集成”的低温共烧陶瓷。