1.3　功能陶瓷材料分類、品種范圍及性能特點

目前已經研究比較深入的功能陶瓷有電容器陶瓷、微波介質陶瓷、敏感陶瓷、壓電陶瓷、絕緣陶瓷、導電陶瓷、生物陶瓷和結構陶瓷等。下面將介紹幾種主要的功能陶瓷及其應用。

（1）電容器陶瓷：用于高頻電路的溫度穩定的電容器陶瓷，如鈦酸鋇瓷、鎂鑭鈦瓷、鈣鈦硅瓷等；用于高頻電路起溫度補償作用的電容器陶瓷，如金紅石瓷、鈦酸鈣瓷、鈦鍶鉍瓷、錫酸鹽和鋯鹽瓷等；還有用于高頻高功率電路、高壓電路和高脈沖電路的多種陶瓷。另外，還有具有高介電常數的鐵電陶瓷，它可以制造體積小、電容量大的電容器，用于低頻、高頻、脈沖儲能電路；介電常數很高，且對溫度相當穩定的半導體陶瓷電容器，亦稱晶界層電容器，它具有高的可靠性，用于要求穩定性和可靠性高的電路。

（2）微波介質陶瓷：微波介質陶瓷（MWDC）是指應用于微波頻段（主要是UHF、SHF頻段，300MHz～300GHz）電路中作為介質材料，并完成一種或多種功能的陶瓷。目前，微波介質陶瓷已在便攜式移動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛星接收器、軍事雷達等方面被用來廣泛制造微波介質濾波器和諧振器，在現代通信工具的小型化、集成化過程中正發揮著越來越大的作用。

（3）敏感陶瓷：敏感陶瓷是指當作用于這些材料制作的元件上的某一個外界條件，如溫度、壓力、濕度、氣氛、電場、光及射線等改變時，會引起該材料某種物理性能的變化，從而能從這種元件上準確迅速地獲得某種有用的信號。主要有熱敏陶瓷、壓敏陶瓷、氣敏陶瓷、濕敏陶瓷等。

（4）壓電陶瓷：壓電陶瓷的晶體結構上沒有對稱中心，因而具有壓電效應，即具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能。壓電陶瓷材料具有成本低、換能效率高、加工成型方便等優點，常用于制作壓電諧振器、濾波器、換能器、超聲波發生器和變壓器等。常用的壓電元件有：傳感器、氣體點火器、報警器、音響設備、醫療診斷設備及通信設備等。代表性陶瓷材料有PbTiO3、Pb（Zr，Ti）O3陶瓷、PbZrO3等。

（5）絕緣陶瓷：是以黏土為代表的硅酸鹽礦物燒制而成，由于這些制品本身是絕緣的，故稱為絕緣陶瓷。主要用作絕緣支柱、板、管等各種絕緣子和緊固件，廣泛應用于汽車、電力、計算機等領域。目前器件主要有絕緣子、火花塞、電阻器基體材料和集成電路基片等。

（6）導電陶瓷：通常陶瓷不導電，是良好的絕緣體。然而，某些氧化物陶瓷加熱時，處于原子外層的電子可以獲得足夠的能量，以便克服原子核對它的吸引力，而成為可以自由運動的自由電子，這種陶瓷就變成導電陶瓷。如SiC、ZrO2、MoSi2等高溫電子導電陶瓷材料，SrCeO3系高溫型質子導電陶瓷等，可用作高溫發熱體、微波吸收材料、大功率電阻器等。

（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類陶瓷材料，即直接用于人體或與人體直接相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料。生物陶瓷的應用范圍也正在逐步擴大，現可應用于人工骨、人工關節、人工齒根、骨充填材料、骨置換材料、骨結合材料，還可應用于人造心臟瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工氣管等。

進入新世紀以來，在探索信息技術進一步發展的空間時，世界形成了各類元器件“大集成”共識，認為低溫共燒陶瓷（LTCC）技術是迎接新一代元器件時代來臨，實現新型電子元器件的最佳技術。LTCC最初是1982年休斯公司開發的新型材料，它采用厚膜材料，根據共燒陶瓷設計的結構制造，主要用于實現高集成度、高性能電子封裝的技術方面，在設計的靈活性、布線密度和可靠性方面提供了巨大的潛能。LTCC技術是一種先進的混合電路封裝技術，可將濾波器、天線、電容器、電感器、變壓器等無源分立器件配置于多層布線基板中，與有源器件共同集成為一個完整的電路系統。因此，LTCC技術又稱為混合集成技術。LTCC的特色在于可以使用平行式的制程，具有以下特點：①燒結溫度低于1000℃；②熱膨脹系數與半導體匹配；③具有較高的電路密度及散熱能力；④可以制作極高層數的器件及模塊；⑤產品可靠性高；⑥可降低產品的質量及減小體積。

本書主要介紹使用量大、面廣的電容器陶瓷、微波介質陶瓷、敏感陶瓷、壓電陶瓷及其器件的基本特性、應用及產業現狀，以及實現各類元器件“大集成”的低溫共燒陶瓷。