第2章低介装置陶瓷课件.ppt

第二章 低介装置瓷 一、基本知识 二、典型低介装置瓷 三、低温共烧陶瓷 1.1 概念 用于电子技术、微电子技术和光电子技术中起绝缘、支撑、保护作用的陶瓷装置零件、陶瓷基片以及多层陶瓷封装等的瓷料。 例如：高频绝缘子骨架、电子管底座、电阻器基片、厚薄膜混合集成电路基片、微波集成电路基片等。 1.2 性能 1.2.1 电性能： 介电系数低，?≤10；信号传输延迟时间与 成正比，用于高频电路必须降低ε，提高信号传输速度，减少信号延迟。 介电损耗小，tg?为2×10-4～9×10-3；减少介电损耗，增大品质因素。 抗电强度高≥10kV/mm； 绝缘电阻高＞1012Ω·㎝(20℃)；耐压。 1.2.2 机械性能： 抗弯强度高（45～300）MPa 抗拉强度高（400～2000）MPa 1.2.3 热性能： 线热膨胀系数小，与硅芯片匹配。 热导率高，散热性能好。 耐热冲击、热稳定性好。 二、典型低介装置瓷 2.1 滑石瓷 2.2 氧化铝瓷 2.3 高热导率陶瓷基片 2.4 透明陶瓷 2.1 滑石瓷 2.1.1 滑石的结构 滑石瓷分子式：3MgO·4SiO2·H2O 滑石矿为层状结构的镁硅酸盐，属单斜晶系，[SiO4]四面体联结成连续的六方平面网，活性氧离子朝向一边，每两个六方网状层的活性氧离子彼此相对，通过一层水镁氧层联结成复合层。 2.1.2 滑石的相变 120~200℃，脱去吸附水 1000℃，脱去结构水，转变为偏硅酸镁 1557℃，再次失去Si，生成镁橄榄石 偏硅酸镁 呈单链状辉石结构，它有三种晶型： 原顽辉石是滑石瓷的主晶相，有少量斜顽辉石。 2.1.3 滑石瓷存在的问题及解决方案 （1）老化（粉化）原因： 防老化措施：用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相变；抑制晶粒生长；去除游离石英。 （2）开裂原因： 防开裂措施：1300~1350℃高温预烧；热压铸成型。 （3）烧结温区过窄： MgO-Al2O3-SiO2系统的最低共熔点为1335℃，其组成为MgO(20%)、Al2O3(18.3%)、SiO2(61.4%)，与滑石瓷的组成非常接近，故滑石瓷在1350℃左右开始出现液相，并随温度的升高，液相数量急剧增加，使胚体软化、变形、甚至报废。 由于粉料经高温预烧后活性下降，烧结温度过低会出现生烧。因此滑石瓷的烧结温区一般为10~20℃。 扩大烧结温区的措施： 扩展下限： a）提高粉料的活性：粉料细化，降低预烧温度或采用一次配料成瓷； b）加入助熔剂BaCO3：在800℃~950℃出现Ba-Al-Si玻璃，包裹偏硅酸镁晶粒促进烧结； 扩展上限： a）提高玻璃相黏度； b）加入阻制剂ZrO2、ZnO，使Mg-Al-Si液相黏度大，胚体不易变形。 2.1.4 滑石瓷的用途 滑石瓷便宜，但热稳定性差，主要用于制造 绝缘子 线圈骨架 波段开关 管座 电阻基体。 2.1.5 其他滑石类瓷简介 （1）镁橄榄石瓷（MgO·SiO2）： “幸福之石”、“太阳的宝石”。 镁橄榄石瓷在高温、高频下介电性能优于滑石瓷； 高温下，绝缘电阻高； 热膨胀系数与Ti-Ag-Cu或Ti-Ni合金相匹配，有利于真空封接； 可作金属膜电阻，碳膜电阻和绕线电阻的基体； 线膨胀系数大，抗热冲击性能差。 （2）青石瓷（2MgO·2Al2O3·5SiO2）： “穷人家的蓝宝石” 线膨胀系数在陶瓷材料中最小； 烧成温度范围很窄（几度）； 材料中离子排列不够紧密，晶格内存在大的空隙，很难烧结； 机电性能差。 2.2 氧化铝瓷 最初用于汽车火花塞。火花塞工作环境极为恶劣，点火瞬间T上升至3000℃，压力高达4MPa，急冷急热，必须耐热冲击。还要保证绝缘性，耐高电压。机械性能好。 2.2.1 氧化铝瓷的分类、性能与用途 （1）分类： 以Al2O3为主要原料，α-Al2O3为主晶相的陶瓷称为氧化铝瓷。 根据氧化铝瓷的含量，将氧化铝瓷分为莫来石瓷、刚玉-莫来石瓷、刚玉瓷，含Al2O375%以上的称为高铝瓷。 根据氧化铝瓷的颜色和透光性能，可分为白色Al2O3瓷、黑色Al2O3 瓷、透明Al2O3 瓷。 氧化铝陶瓷按Al2O3含量分类 （2）性能： 随Al2O3含量的增加，Al2O3的机电性能和热性能愈来愈好，表现在：ρ↑，硬度↑，tgδ↓，热导率↑； 随Al2O3含量的增加，氧化铝瓷的工艺性能却愈来愈差，表现在：可塑性↓，烧结温度↑，机加工难度↑，对原材料的要求↑。 （3）用途： 用于一般滑石瓷场所 高温、高压、高频、大功率特殊情况下 特殊环境，如： 集