介电材料的类型、应用及发展
杨文博
（西安建筑科技大学材料与矿资学院，西安 710055）
摘要
介电材料（dielectric material），又称，是的。介电材料主要包括电容器介质材料和微波介质材料两大体系。
其中用作电容器介质的介电材料，要求的高，介电常量大，在整个介电材料中占有很大比重。它可分为有机和无机两大类，其种类繁多。近年来，新型陶瓷介电材料获得快速发展，其中独石电容器是典型的代表。随着微波器件的小型化、轻量化、高可靠性化，微波介质材料有了很大发展，并成为新兴的重要介电材料。介电材料分类应用及发展是本课题研究的主要内容。
关键词：介电材料，电容器，复合材料，陶瓷
Abstract
Dielectric materials, also known as dielectric and Electric insulating materials. Dielectric material including dielectric materials for microwave dielectric materials and two systems.
Used as a capacitor dielectric material, requiring the high resistivity of the material, the dielectric constant, dielectric material as a whole accounts for a large proportion. It can be divided into two big categories of organic and inorganic, its range. In recent years, the rapid development of new ceramic dielectric materials, multilayer ceramic capacitors is a typical representative. Microwave device miniaturization, light weight, high reliability of microwave dielectric materials have greatly developed, and become an important emerging dielectric materials. Classification, application and development of dielectric materials is the main content of this study. Key Words: Dielectric, capacitors, composite material, ceramic
0 引言
电介质材料可用于控制/存储电荷及电能，在现代电子及电力系统中具有重要的战略地位。人们对介电材料的研究最初是从无机压电陶瓷材料开始的，无机压电陶瓷材料具有高介电常数和高热电稳定性，但其脆性大、加工温度较高。随着信息和微电子工业的飞速发展对半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求增加，越来越多的电子元件，如介质基板、介质天线、
嵌入式薄膜电容等，既要介电材料具备优异的介电性能，又要其具备良好的力学性能和加工性能。因此，单一的无机介电材料已经不能满足上述要求。具有高介电性能的有机功能电介质材料可用于制备高储能密度介质，在脉冲率及电子封装技术等军/民用领域有着引人瞩目的实用前景[1,2]。
近年来，人们通过以聚合物为基体，引入高介电常数或易极化的纳米尺度的无机颗粒或者其它有机物形成聚合物基复合介电材料。无机颗粒与基体间的界面结构把不同材料结合为一个整体，并且对整体的性能产生重要的影响。然而，无机颗粒材料在聚合物体系中易发生团聚，在聚合物中分散不均匀，宏观上出现相分离现象，严重影响了复合材料的加工性能和介电性能。因此，无机颗粒材料和聚合物的界面状态显得尤为重要，无机颗粒的表面修饰为解决上述问题提供了可能[3]。
1介电材料的类型
按性能分类
在电工技术中，电介质主要用作为电气绝缘材料，故电介质亦称为电绝缘材料。随着科学技术的发展，发现一些电介质具有与极化过程有关的特殊性能。如不具有对称中心的晶体电介质，在机械力的作用下能产生极化，即压电性；不具有对称中心，而具有与其他方向不同的唯一的极轴晶体存在自发极化，当温度变化能引起极化，即具有热释电性；当自发极化偶极矩能随外施电场的方向而改变，它的极化强度与外施电场的关系曲线与铁磁材料的磁化强度与磁场的关系曲线极为相似，即具有电滞曲线(铁电性)。具有压电性、热释电性、铁电性的材料分别称为压电材料、热释电材料、铁电材料。这些具有特殊性能的材料统称为功能材料。它是电介质的一个重要组成部分。可用作机械、热、声、（铁电陶瓷材料、聚合物材料） （SiLK 、FOx 、MSQ 、Nanoglass ） N 2、He 、O 2、H 2、CH 4） CCl 4、汽油、煤油、乙醇） 硫磺、聚氯乙烯、晶体） （苯、PVDF 、聚酰胺PA ）
（金刚石、硫磺、铁电陶瓷材料）
光、电之间的转换，在国防、探测、通信等领域具有极为重要的用途[4]。
低介电材料应用
随着ULSI器件集成度的提高，纳米尺度器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容造成的延时、串扰、功耗就成为限制器件性能的主要原因，微电子器件正经历着一场材料的重大变革；除用低电阻率金属（铜）替代铝，即用低介电常数材料取代普遍采用的SiO
2
（K：）作介质层[5]。对其工艺集成的研究，已成为半导体ULSI工艺的重要分支。
这些低k材料必须要具备以下性质：在电性能方面：要有低损耗和低泄露电流；在机械性能方面：要有稳定性和低收缩性。
有机低k材料
有机低k材料种类繁多，性质各异，其中以聚合物低k居多，重点介绍聚酰亚胺（PI）。聚甲酰胺是一类以酰亚胺环为结构特征的高性能聚合物材料，介电常数为左右，掺入氟，或将纳米尺寸的空气分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降至~。介电损耗角正切值为10~3，介电强度为1~3MV/cm,体电阻率为1017Ω·cm。这些性能在一个较大的温度范围和频率范围内仍能保持稳定。聚酰亚胺薄膜具有耐高低温特性和耐辐射性、优良的电气绝缘性、粘结性及机械性能。聚酰亚胺复合薄膜还具有高温自封粘的特点。聚酰亚胺低k材料目前已广泛应用于余宇航、电机、运输工具、常规武器、车辆、仪表通信、石油化工等工业部门。它可作耐高温柔性印刷电路基材，也可作为扁平电路、电线、电缆、电磁线的绝缘层以及用作各种电机的绝缘等。
无机低k材料
典型的无机低k材料有无定型碳氮薄膜、多晶硼氮薄膜、氟硅玻璃等。
无定型碳氮薄膜aCNx，在1MHz频率下介电常数值可降至。并且它比一般
aCNx具有更高的电阻率。用C
2H
2
和N
2
作为原料气体，硅作为衬底，电子回旋加
速器共振等离子区制备的aC:N的介电常数在1MHz下能达到2。得到改善的无定型碳氮薄膜常作为平板显示器的电子发射器材料的候选者等。
利用PACVD技术合成的多晶硼氮薄膜k值能达到。进一步研究发现，C原子的加入能有效地降低k值。这种薄膜具有一定的机械强度和化学稳定性，有很高的热传导率和较宽的能带隙（6eV），在场强为cm时，其泄漏电流值为×10-8A/cm2,并且有希望进一步减小。除了用作互连介质外，它在电子和光电子器件的应用上也是一种很有前途的材料，如场发射器。
氟硅玻璃是一种低k材料，能扩大SiO
2
的化学气相沉积过程，在普通玻璃中加入氟，提高了填充能隙同时降低了介电常数。这种材料的性能在很大程度上由其加工条件和原料物质决定，它的介电常数随着氟元素比例增加能在~变化。
高介电材料应用
电容器主要采用高介电材料，要求材料的电阻率高，介电常量大电容器是电子、电力工业中一种常用的电子、电器元器件，它的用途十分广泛、电容器
是储存从电路中得到的电荷的器件，它可以使信号的波动趋于平滑，积蓄电荷使电路的其余部分免遭破坏，储存的电荷供以后分配、使用，甚至还可以改变电信号的频率，电容器的设计原则是使电荷储存在两个导体之间的极化材料(介电材料)中。对介电材料的要求是必须容易极化，同时还必须有很高的电阻率和介电强度，以防止电荷在两个导体板之间通过。这种限制电流不能在两个导体之间通过的作用和绝缘材料的作用一样，从这个意义上说，介电材料是一类特殊的绝缘材料，它又有绝缘材料不具备的储存电荷的功能，能够储存电荷是介电材料的主要功能，因此，它必须是具有很高介电常数的一种材料。
纸电容器：它是由不合杂质的超薄纸与铝箔一起卷绕成芯子，焊外部引出线后装入外壳中，然后再用经过脱气的石蜡或绝缘油进行防潮封装制成。它具有容量大，使用温度高，价格低等特点。由于纸是纤维素组成，它含有0H基。OH基团使电容器具有较高的介电常数。但是由于0H基的存在也较易吸潮。在电场的作用下，它相对整个分子键而转动产生结构极化效应。因而适用于高压、高能量领域，但不适用于高频领域。具体的应用范围如：发报机、车辆控制设备、通信机、计算机、制冷机、冷冻机、电风扇、洗衣机等产品中。
塑料薄膜电容器是以各种塑料薄膜为介电材料。其生产工艺和纸电容器相似，包括塑料薄膜和金属箔缠绕成芯子，焊外部引出线，浸蜡密封等几个工序。它具有比纸电容器的介电常数更大，而且无吸湿性等特点。所以绝缘电阻大，体积也比纸电容器小，可靠性高。大量用于工业测量仪器、工业计量仪器、计算机以及电视机、发电机、音响等家用电器设备中。
陶瓷电容器虽然静电电容范围较小，但是由于电子计算机，电视摄像机及汽车、钟表等机电一体化，特别是集成电路的发展，陶瓷电容器得到了很大的发展。陶瓷电容器的制造方法是将上面所提到的如二氧化钻、钻酸盐、钮酸盐、铬酸盐等原料，按一定配比制成电介质材料后，再将它加工成所需的形状和尺寸，烧结成陶瓷，然后在陶瓷的两面涂附金属电极，焊接引出端线，涂绝缘层。目前这种制造工序已有相当部分可以实行自动化生产。为了扩大陶瓷电容器的电容量范围，现已开发出了半导体陶瓷电容器，这种电容器开发成功可制造出适合晶体管低压电路所需的小型大容量陶瓷电容器，由于半导体陶瓷电容器扩大了陶瓷电容器的电容量，因而能够同有机薄膜电容器。固体钮电解电容器等相媲美，而且在价格上半导体陶瓷电容器较低，因而很有发展前途。半导体陶瓷电容器按其微观结构可分为阻挡层型、还原再氧化型、晶界型三种类型、这三种半导体陶瓷电容器中，第一种由于结构上绝缘性能不高，近年来，产量逐渐减少，后两种半导体陶瓷电容器，产量增加较快，还原再氧化型性能好，质量高、生产技术成
（CCTO）材料
CaCu
3TiO
12
（简称CCTO）时近几年受到关注的高介电材料之一[6].该材料不仅
具有极高的介电常数，而且在相当宽的温度范围内介电常数可保持不变。同时，CCTO还显示出强烈的非线性特征，这就使得该材料今后有望在高密度信息存储、薄膜器件、高介电容器以及非线性器件上获得广泛的应用，促使器件小型化，
是使度稳定性提高。
3 介电材料的发展
人们对介电材料的研究最初是从无机压电陶瓷开始的，无机压电陶瓷具有较高介电常数和高热稳定性，但其脆性较大、加工温度较高，与电路集成加工技术的相容性差等缺点限制了它的应用[7,8]。随着信息和微电子工业的飞速发展，对半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求增加，越来越多的电子元件，如介质基板、介质天线、嵌入式薄膜电容等[9-11]，既要介电材料具有优异的介电性能，又要其具备良好的力学性能和加工性能。因此，单一的无机介电材料已经不能满足上述要求，这时就需要考虑选取几种不同的材料进行复合，使得到的介电材料能同时具备材料各组分的优点。
复合材料同时具有材料中各组分的优良性能，在功能材料领域具有广泛应用。复合材料大体分为两类，即非聚合物复合材料和聚合物复合材料，前者如金属/介电陶瓷复合材料。聚合物复合材料又包括聚合物/聚合物复合材料、聚合物/无机物复合材料，如广泛报道的具有高K值的介电陶瓷/聚合物复合材料。应用于高K值介电复合材料中的聚合物主要是一些具有较强极性的聚合物，如聚酰胺、PI、PVDF、PVC、PS、PE、PMMA、环氧树脂，以及用极性基团修饰过的
聚硅氧烷等[12]。介电无机物主要是陶瓷材料，如BaTiO
3、PZT（锆钛酸铅）、TiO
2
等。具有代表性的高K值介电复合材料，如聚合物[14]以及陶瓷粒子/PTFE[15]复合材料。
高分子材料具有优异的电学性能，因而在电子、电工技术上取得了极为广泛的应用。大多数的电绝缘性能会约束和保护电流，使其沿着选定的途径在导体里流动，且能够支持很高的电场，一以免发生电击穿。与传统陶瓷材料[16]相比，聚合物绝缘材料具有质量轻、使用寿命长、易加工、性能优良等优点[17-19]。但是常用的高分子介电材料也有其不足之处，如热稳定性相对较差，且受成型过程的的限制只能应用于工件的表面涂层，这在一定程度上限制了其应用。20世纪60年代美国联合碳化物公司推出了Parylene系列新型高分子敷型涂层材料，由于其优异的阻隔性能在防潮、防霉、防盐雾的三防涂层材料领域得到广泛应用[20-22]。Parylene N、C和D均为氯代的聚合物，氟代的Parylene时该系列聚合物的新一代衍生物，包括苯环取代和亚甲基取代两类[23-25]，氟原子的引入能够较好地改善薄膜的电学性能和热稳定性。氟代Parylene系列衍生物的研究主要集中在单体环二体的合成方法及薄膜的表面特性研究[26,27],有关薄膜制备方法的报道较少，曾有采用液态前驱体进行薄膜制备的文献报道。[28]
致谢
在此论文撰写过程中，要特别感谢我的导师武志宏老师的指导与督促，同时感谢他的谅解与包容。没有武老师的帮助也就没有今天的这篇论文。求学历
程是艰苦的，但又是快乐的。武老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时半个月，却给以终生受益无穷之道。除了敬佩老师们的专业水平外，他们的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。他无私奉献的精神很让我感动，向他表示由衷的感谢。在此过程中中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感谢。
谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬献给你们！
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金属材料材质 铜有很多种 纯铜：又称紫铜含铜量在99.5%以上比如电线丝 铜锌合金：又称黄铜一般铜占60% 锌占40% 阀门锁芯 铜锡合金：又称青铜有些轴承套 铜镍合金：又称白铜银状比如钥匙（一般钥匙黄色的是黄铜白色的是白铜）最常用的就这几种 铜主要分为纯铜和合金铜 纯铜有T2,另有无氧铜系列C10100;C10200、磷脱氧铜TP1\TP2 合金铜分; 1、简单黄铜铜-锌合金； 2、复杂黄铜铜+锌+其他金属； 3、青铜：分铁青铜、磷青铜、铝青铜、铍青铜等（铜中加入除锌、镍以外的金属） 4、白铜：普通白铜、锌白铜、铁白铜、铝白铜等等（铜中加入镍为主和其他金属）
铝材的分类 （1）按有无合金成分，铝材分为纯铝及铝合金。铝合金按合金系列又分为Al-Mn合金、Al-Cu 合金、Al-Si合金和Al-Mg合金等。 （2）按压力加工能力，可分为变形铝和非变形铝（例如：铸铝）。 （3）按能否热处理强化，铝合金又分为非热处理强化铝和热处理强化铝。铝没有同素异构体，纯铝、铝锰合金、铝镁合金等不可能通过热处理相变来提高强度。但是，铝铜和铝镁硅等合金可通过固溶时效析出强化相提高强度，称为可热处理强化铝。不能通过固溶时效析出强化相提高强度的称为不可热处理强化铝。 铝合金分为： 1系：特点:含铝99.00%以上,导电性有好,耐腐蚀性能好,焊接性能好,强度低,不可热处理强化. 应用范围：高纯铝(含铝量99.9%以上)主要用于科学试验,化学工业及特殊用途. 2系：特点：:以铜为主要合元素的含铝合金.也会添加锰、镁、铅和铋为了切削性。如：2011合金，在熔练过程中要注意安全防护（会产生有害气体）。2014合金用天航空工业，强度高。2017合金比2014合金强度低一点，但比较容易加工。2014可热处理强化。缺点：晶间腐蚀倾向严重。应用范围：航空工业（2014合金），螺丝（2011合金）和使用温度较高的行业（2017合金）。 3系：特点：以锰为主要合金元素的铝合金，不可热处理强化，耐腐蚀性能好，焊接性能好。塑性好。（接近超铝合金）。缺点：强度低，但可以通过冷加工硬化来加强强度。退火时容易产生粗大晶粒。应用范围：飞机上使用的导油无缝管（3003合金），易拉罐（3004合金）。4系：以硅为主，不常用。部分4系可热处理强化，但也有部分4系合金不可热处理化。hr 5系：特点：以镁为主。耐耐性能好，焊接性能好，疲劳强度好，不可热处理强化，只能冷加工提高强度。应用范围：割草机的手柄、飞机油箱导管、防弹衣。 6系：特点：以镁和硅为主。Mg2Si为主要强化相，目前应用最广泛的合金。6063、6061用的最多、其它6082、6160、6125、6262、6060、6005、6463。6063、6060、6463在6系中强度比较低。6262、6005、6082、6061在6系中强度比较高。特性：中等强度，耐腐蚀性能好，焊接性能好，工艺性能好（易挤压出成形）氧化着色性能好。应用范围：交能工具（如：汽车行李架、门、窗、车身、散热片、间箱外壳） 7系：特点：以锌为主，但有时也要少量添加了镁、铜。其中超硬铝合金就是含有锌、铅、镁和铜合金接近钢材的硬度。挤压速度较6系合金慢，焊接性能好。7005和7075是7系中最高的档次，可热处理强化。应用范围：航空方面（飞机的承力构件、起落架）、火箭、螺旋桨、航空飞船。
新材料学习资料 一、新材料分类： 按材料的属性划分有金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。 1、金属材料：包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。 2、无机非金属材料：陶瓷、砷化镓半导体等 3、有机高分子材料：主要是碳、氢、氧、氮等 4、先进复合材料：指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。 按材料的使用性能分，有结构材料和功能材料。 1、结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求。 2、功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。 二、新材料类型： 1、复合新材料：由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类： 金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。 非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合新材料在新能源和交通市场上的应用： （1）清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器。 （2）汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等。 （3）民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。中国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套。 （4）船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于中国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。 2、超导材料：有些材料当温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。 超导材料主要分为合金材料（如铝合金、铜合金、铁合金、镁合金和高温合金等）和化合物材料（如超导陶瓷）两种。 超导材料最诱人的应用是：（1）发电、输电和储能。（2）超导磁悬浮列车。（3）超导计算机等
金属材料的分类及性能 一、金属材料定义：是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。 二、金属材料分类： ①黑色金属：纯铁、铸铁、钢铁、铬、锰。 ②有色金属：有色轻金属、有色重金属、半金属、贵金属、稀有金属 三、金属材料性能： ①工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等 ②使用性能：机械性能、物理性能、化学性能等 1. 工艺性能 金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下五个方面：（1）铸造性能：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。铸造性能通常指流动性，收缩性，铸造应力，偏析，吸气倾向和裂纹敏感性。 （2）锻造性能：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。可锻性：塑性和变形抗力 （3）焊接性能：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。 （4）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。 （5）热处理性能：热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。 2. 机械性能：
永磁材料的种类及发展 永磁材料种类多，用途广。现在所应用的永磁材料主要经历了金属永磁材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料三个阶段。 第一阶段：金属永磁材料，是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素为重要组元的合金型永磁材料，又称永磁合金。主要包括铝镍钴（Al-Ni-Co）和铁铬钴（Fe-Cr-Co）系两类永磁合金。这类材料的研发和生产始于20世纪初期，通过铸造工艺制备而成，因此，也被称为铸造永磁材料。1880年左右，人们首先采用碳钢制成了永磁材料，其最大磁能积(BH)max约为1.6 kJ/m3。紧接着，人们又发现了钨钢、钴钢等金属永磁材料。1931年以来，人们通过在Fe中加入Al、Ni、Co三种元素，经过浇注和热处理得到了铝镍钴系磁钢。最初，铝镍钴磁钢的(BH)max仅为14.3 kJ/m3，人们对合金成分和工艺进行调整后，(BH)max跃升到39.8 kJ/m3。从此，铝镍钴磁钢在永磁材料中占据了主导地位，一直到60年代。目前国际先进水平已经可以批量身材磁性能为(BH)max=13MGOe，Br>10.8 kGs，Hcb>1550Oe，Tc<550 ℃的铝镍钴磁体。这类材料的磁能积较低，但其居里温度很高（可高达890 ℃），温度稳定性很好，磁感温度系数低，因此，在某些特殊器件上的使用无法取代，至今依然有着稳定的市场需求。 第二阶段：铁氧体永磁材料，又称永磁铁氧体，是由Fe2O3和锶（或钡等）的化合物按一定比例混合，经预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工而成。当前应用的永磁铁氧体主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体，其化学式为MO·6Fe2O3，其中M为Ba、Pb、Sr等元素。20世纪30年代发现了铁氧体永磁材料，这类永磁体的矫顽力一般只有0.5 T，剩磁在0.4 T左右，磁能积较低（25～36kJ/m3），其原材料便宜，工艺简单，价格低廉，因此在70年代得到迅速发展，其产量越居第一位。此外，其电阻率高，特别适合在高频和微波领域应用。 第三阶段：稀土永磁材料，是以稀土元素RE（Sm，Nd，Pr等）与过渡族金属元素TM（Fe，Co等）所形成的金属间化合物为基体的一类高性能永磁材料。从20世纪60年代开始，稀土永磁材料开始发展起来。稀土永磁材料的发展又经历了三代，第一代SmCo5、第二代Sm2Co17稀土永磁，和第三代的NdFeB稀土永磁。下面将三代稀土永磁材料分别介绍如下： 第一代稀土永磁SmCo5合金具有CaCu5型晶体结构，这是一种六角结构，这
1.2 常用金属材料 金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。 金属材料大致可分为黑色金属两大类。黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。 1.2.1 钢 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。 （一）碳钢 1．碳钢的分类 碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。 （1）按钢的含碳量多少分类分为三类： 低碳钢，含碳量0.25%； 中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%； 高碳钢，含碳量0.60%。 （2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类分为三类： 普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%； 优质碳素钢，钢中S、P含量均≤0.040%； 高级碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。 （3）按钢的用途分类分为两类： 碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件； 碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。 2．碳钢牌号的表示方法 （1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A级沸腾碳素结构钢。 （2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。 （3）碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头T和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“A”。例如，T12钢，表示平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。T8钢，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12A，表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。 3．碳钢的用途举例 Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。 Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。 Q345，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。
稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析 稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析 一、稀土催化材料的种类 众所周知，我国稀土矿以轻稀土组分为主，其中镧、铈等组分约占60%以上。随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大，国内市场对中重稀土的需求量也快速增加。造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压，导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。 研究发现，轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构，使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。因此，将轻稀土用作催化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。 催化剂是一种能够加速化学反应，且在反应前后自身不被消耗的物质；加强稀土催化的基础研究既提高生产效率，又节约资源和能源，减少环境污染，符合可持续发展的战略方向。 到目前为止，能够在工业中获得应用的稀土催化材料主要有3类，包括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶体催化材料等，见表1所示。其中分子筛稀土催化材料又可细分为中孔、微孔、介孔、以及纳孔稀土催化材料等几大类，且目前主要用于炼油催化剂。 稀土钙钛矿催化材料由于其制备简单、耐高温、抗中毒等性能优越，目前主要用作环保催化剂，也广泛用于光催化分解水制氢、以及石油化工行业的碳氢化合物重整反应等方面。目前已开发并应用的主要有钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂、以及掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂等。 铈锆固溶体催化材料是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。早期主要利用铈的储氧性能来调节汽车尾气中的氧化还原反应。后来发现单一的铈储氧材料其持久性耐高温性能并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求，而添加一些锆可明显改善储氧材料的抗高温性能，从而改善催化剂的耐久性。目前，铈锆固溶体催化材料不仅用于石油化工领域的各种催 化过程，也广泛用于汽车尾气净化、以及其它环保领域。 与传统的贵金属催化剂相比，稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺、以及性能等方面都具有较强的优势。目前不仅大量用于汽车尾气净化，还扩展到工业有机废气、室内空气净化、催化燃烧、以及燃料电池等领域。自20世纪90年代末以来，发达国家的环保催化剂市场一直以20%速度增长。因此，稀土催化材料在环保催化剂产品市场，特别是在有毒、有害气体的净化方面，具有巨大的应用市场和发展潜力。 二、汽车尾气净化 近年来，随着我国汽车产量及保有量一直呈高速增长势态。自2002年10月以来，我国汽车产量平均增长率超过37%。2002年产量为325万辆， 2003年已达440余万辆。预计2004年汽车产量将超过510万辆。继美国、日本、德国之后，中国2003年汽车产量已超过法国，已成为世界第四大汽车制造国。 汽车的大量使用，使我国许多城市产生了严重的大气污染。治理机动车的排气污染，主要依靠安装含催化剂的三元净化器。由于稀土催化材料可以扩大三效催化剂的操作窗口，提高净化效率和稳定性，在汽车尾气净化方面已获得广泛应用。在全球范围内，仅汽车尾气净化方面的稀土年消耗量可达1.5万吨
一．金属材料分类 1．黑色金属钢铁 2．有色金属通常指铜、铝、铅、钛
三．金属材料力学性能代号及含义
1．钢板 a.按轧制方法分为：热轧、冷轧 b.按性能及用途可分为： ①碳素结构钢和低合金结构钢冷轧薄钢板及钢带，一般厚度不大于4mm。 ②碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带，厚度不大于4mm。 ③碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带，4-200mm钢板及小于25mm钢带。 ④优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。 ⑤优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带，厚度不大于4mm。 ⑥合金结构钢薄钢板，厚度不大于4mm的热轧或冷轧。 ⑦锅炉用钢板 ⑧压力容器用钢板 ⑨不锈钢冷轧或热轧钢板 ⑩耐热钢板 ?花纹钢板 2．型钢 ①热轧扁钢，厚度3-60，宽度10-150。 ②碳素结构钢和低合金热轧圆钢、方钢、六角钢 ③热轧角钢，分为等边及不等边，宽度20-200。 ④热轧槽钢，宽度50-300。 ⑤热轧工字钢，高度100-560。 ⑥热轧T型钢，宽度100-300。 ⑦冷弯空心型钢。 3．钢管 A．直缝电焊钢管（GB/T 13793—1992） a.以热轧或冷轧钢带，经焊接或焊后冷加工方法制造。钢管以不热处理状态交货。 b.规格：直径5.0—121，壁厚0.5—3.5。 c. a.以热轧或冷拔（轧）管加工，有热轧或热处理状态交货。 b.规格：直径6.0—245，壁厚0.25—24。 c.
4．钢丝 材料可有多种材料加工而成， a.普通结构钢丝：Q195、Q215、Q235主要制钉及建筑用。 b.优质碳素结构钢丝：08F、10F、15、20、25、35、40、45、50，冷拉状态交货，可后热处理， c.碳素弹簧钢丝：65、70、75、85，一般淬火—回火状态交货，可后热处理。 d.合金结构钢丝：15Cr、38Cr、40Cr、20CrNi3等等。交货状态有冷拉—L，退火—T，可热处理。 e.不锈钢丝：0Cr18Ni9-R、1Cr18Ni9Ti-Q、0Cr19Ni9-L。后缀RQL表示 软拉（R）—钢丝进行光亮热处理和热处理后酸洗或类似的处理。 轻拉（Q）—钢丝热处理后进行小变形程度的拉拔。 冷拉（L）—钢丝热处理后进行常规拉拔。 f.电阻电热合金丝：Cr15Ni60、Cr20Ni80 、Cr30Ni70、1Cr13Al4，热处理后软态交货。五．钢铁材料的热处理 热处理是为了达到材料的使用目的，发挥材料各种元素的作用，调整材料的强韧性，以及加工工艺的需要。 1．热处理工艺分类： a．淬火—加热至相变到奥氏体组织后快速冷却得到马氏体组织，目的为了提高硬度。 b．回火—低温回火，目的是去除应力；中温回火及高温回火是为了调整材料的强韧性。通常在一定温度下保温一段时间后已一定的速度冷却。 c．退火—降低材料硬度，便于加工及成形，有完全退火和不完全退火之分。加热保温后慢速冷却。 d．正火—提高材料硬度，加热后空冷。 e．调质—达到需要的强韧性或加工工艺的需要。先淬火后回火，是两个工艺的合并。 f．渗碳—提高材料的表面硬度。通常使含碳量在0.3%以下的材料在表面1mm左右深度提高到1%左右。 g．氮化—提高材料的表面硬度，或耐腐蚀性。通常使含碳量在0.4%左右的材料在表面0。2mm 左右深度形成氮化层，表面硬度可达到HRC70以上。 2．按种类有： a.常规热处理—如淬火、回火、退火、正火、调质。 b.化学热处理—如渗碳、氮化、碳氮共渗、硼化、渗金属、表面陶瓷。 c.真空热处理—使用真空设备的热处理，优点是无氧化及脱碳，热处理变形小。 3．使用设备有： a.箱式炉—使用电热丝或碳棒加热，电热丝炉使用温度可在低于950度以下使用，功率一般在3-200KW，用途广泛，可用于淬火、回火、退火，使用成本低。 b.盐浴炉—用硝盐加热，有高、中、低温炉，可高温加热到1300度，用于淬火、回火、退火。加热速度快，氧化脱碳小，利于防止晶粒粗大，可大批量多品种生产。 c.燃气炉—使用煤气或其它气体加热（如乙炔气等），可用于大型零件在炉内加热正火、退火或锻造，及局部加热用。 d.井式炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火、渗碳、氮化。 e.真空炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火， f.箱式多用炉—使用电热丝加热，用于淬火、回火、退火、渗碳、氮化，可进行大批量多品种生产。
低介电常数材料的特点、分类及应用 胡扬 摘要: 本文先介绍了低介电常数材料（Low k Materials）的特点、分类及其 在集成电路工艺中的应用。指出了应用低介电常数材料的必然性，举例说明了低介电常数材料依然是当前集成电路工艺研究的重要课题，并展望了其发展前景。正文部分综述了近年研究和开发的low k材料，如有机和无机低ｋ材料，掺氟低ｋ材料，多孔低ｋ材料以及纳米低ｋ材料等，评述了纳米尺度微电子器件对低k 薄膜材料的要求。最后特别的介绍了一种可能制造出目前最小介电常数材料的技术： Air-Gap。 关键词：低介电常数；聚合物；掺氟材料；多孔材料；纳米材 料 ;Air-Gap 1．引言 随着ULSI器件集成度的提高，纳米尺度器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容造成的延时、串扰、功耗就成为限制器件性能的主要因素,微电子器件正经历着一场材料的重大变革：除用低电阻率金属（铜）替代铝，即用低介电常数材料取代普遍采用的SiO2（k：3.9～4.2）作介质层。对其工艺集成的研究，已成为半导体ULSI工艺的重要分支。 这些低ｋ材料必须需要具备以下性质：在电性能方面:要有低损耗和低泄漏电流；在机械性能方面:要有高附着力和高硬度;在化学性能方面:要有耐腐蚀和低吸水性；在热性能方面:要有高稳定性和低收缩性。 2．背景知识 低介电常数材料大致可以分为无机和有机聚合物两类。目前的研究认为，降低材料的介电常数主要有两种方法： 其一是降低材料自身的极性，包括降低材料中电子极化率（electronic polarizability），离子极化率（ionic polarizability）以及分子极化率（dipolar polarizability）。在分子极性降低的研究中，人们发现单位体积中的分子密度对降低材料的介电常数起着重要作用。材料分子密度的降低有助于介电常数的降低。这就是第二种降低介电常数的方法：增加材料中的空隙密度，从而降低材料的分子密度。 针对降低材料自身极性的方法，目前在0.18mm技术工艺中广泛采用在二氧化硅中掺杂氟元素形成FSG（氟掺杂的氧化硅）来降低材料的介电常数。氟是具有强负电性的元素，当其掺杂到二氧化硅中后，可以降低材料中的电子与离子极化，
常用金属材料分类 热浸镀锌钢板 (GI) 电镀锌钢板 (EG) 电镀锡钢板 - 马口铁 (SPTE) 不锈钢带材 冷轧碳素钢板 (CRS) 铝及铝合金板材 一．热浸镀锌钢板 (GI) 1. 概况: 热浸镀锌钢板即是将板材浸入熔化锌池中 , 在板材两面浸镀厚度均匀的锌层 . 锌池中锌的重量百分比 仝 97% . 2. 分类: 冷轧热浸镀锌钢材 ,依供货商习惯 .共使用 C1,C2,D1 三种材质 . 标注示范 :HGCC1-ZSFX 其中 : HG--- 热浸镀锌制程 C--- 冷轧底材 C1--- 商用品质 ; (C2--- 改良商用质量 ; D1--- 引申品质 ) Z--- 无锌花 (M--- 细小锌花 ) S--- 调质处理 (B--- 亮面调质处理 ) F--- 耐指纹涂复 (C--- 铬酸盐处理 ) X--- 不涂油 二．电镀锌钢板 (EG) 1. 概况 : 与 GI 料基体材料相同 , 均为商用性能 SPCC (冷轧碳素钢板中一款 ) 材质 . 不同的是采用电镀方式附着 表面锌层 . (又称为电解片： SECC ) 2. 镀锌层重量 : 是材料使用性能的一个重要参数 ，如果锌层较厚且致密，可有效防止SPCC 材质与空气或其它物质接触 产生氧化 . 3. 区别与用途： GI 料与EG 料目前在 NOTE-BOOK^业应用越来越广，因为： SPCC 质地较软,易冲压成形，并且易保证产品结构尺寸要求，另外价格便宜.常用于支架，外壳，连结 EG 料相对于GI 来讲价格稍贵，但表面状况相对显得较光亮.表面状况：无锌花或很细小锌花.防腐性 能相对较好 . 三．电镀锡钢板 - 马口铁 (SPTE) 1. 概况： 基材为低碳钢表面电镀锡 , 常称马口铁 (SPTE). 2. 镀锡用原钢板可划分为以下三种钢类型 : D 类—铝脱氧钢 ,适用于深引伸要求 ,减小表面折痕和拉伸变形等危害 . L 类--- 残留元素( Cu,Ni,Cr,Mo) 特别少 , 对某种食品耐蚀性极好 , 适用于食品类容器 . 用途： 片等.
稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析(一) 一、稀土催化材料的种类 众所周知，我国稀土矿以轻稀土组分为主，其中镧、铈等组分约占60%以上。随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大，国内市场对中重稀土的需求量也快速增加。造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压，导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。 研究发现，轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构，使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。因此，将轻稀土用作催化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。催化剂是一种能够加速化学反应，且在反应前后自身不被消耗的物质；加强稀土催化的基础研究既提高生产效率，又节约资源和能源，减少环境污染，符合可持续发展的战略方向。到目前为止，能够在工业中获得应用的稀土催化材料主要有3类，包括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶体催化材料等，见表1所示。其中分子筛稀土催化材料又可细分为中孔、微孔、介孔、以及纳孔稀土催化材料等几大类，且目前主要用于炼油催化剂。 稀土钙钛矿催化材料由于其制备简单、耐高温、抗中毒等性能优越，目前主要用作环保催化剂，也广泛用于光催化分解水制氢、以及石油化工行业的碳氢化合物重整反应等方面。目前已开发并应用的主要有钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂、以及掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂等。 铈锆固溶体催化材料是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。早期主要利用铈的储氧性能来调节汽车尾气中的氧化还原反应。后来发现单一的铈储氧材料其持久性耐高温性能并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求，而添加一些锆可明显改善储氧材料的抗高温性能，从而改善催化剂的耐久性。目前，铈锆固溶体催化材料不仅用于石油化工领域的各种催化过程，也广泛用于汽车尾气净化、以及其它环保领域。 与传统的贵金属催化剂相比，稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺、以及性能等方面都具有较强的优势。目前不仅大量用于汽车尾气净化，还扩展到工业有机废气、室内空气净化、催化燃烧、以及燃料电池等领域。自20世纪90年代末以来，发达国家的环保催化剂市场一直以20%速度增长。因此，稀土催化材料在环保催化剂产品市场，特别是在有毒、有害气体的净化方面，具有巨大的应用市场和发展潜力。 二、汽车尾气净化 近年来，随着我国汽车产量及保有量一直呈高速增长势态。自2002年10月以来，我国汽车产量平均增长率超过37%。2002年产量为325万辆，2003年已达440余万辆。预计2004年汽车产量将超过510万辆。继美国、日本、德国之后，中国2003年汽车产量已超过法国，已成为世界第四大汽车制造国。 汽车的大量使用，使我国许多城市产生了严重的大气污染。治理机动车的排气污染，主要依靠安装含催化剂的三元净化器。由于稀土催化材料可以扩大三效催化剂的操作窗口，提高净化效率和稳定性，在汽车尾气净化方面已获得广泛应用。在全球范围内，仅汽车尾气净化方面的稀土年消耗量可达1.5万吨REO。 目前，稀土用于汽车尾气净化方面包括在活性层中主要用作储氧材料、替代部分主催化剂、以及作为催化助剂等。在分散层中主要用作改善γ-Al2O3的高温稳定性。在载体中主要用于改善机械强度和热稳定性。另外，汽车的电子燃油喷射系统需要的氧传感器也是由含稀土的陶瓷材料制造的。 除汽车外，我国自1999年以来，一直是世界最大的摩托车制造国，摩托车的年产量早已超过1000万辆。目前对发达国家出口的摩托车要求必须安装尾气净化器，国内一些大中型城市已开始要求治理摩托车的排气污染，这是稀土催化材料应用的一个重要方面。
1H411011常用金属材料的类型及应用 金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。机电工程常用的金属材料主要是制造各种大型金属构件的用钢，如建筑、机电、冶金、石化、电力以及锅炉压力容器、压力管道等工程的用钢。本条主要知识点是：黑色金属材料的类型及应用；有色金属材料的类型及应用。 一、黑色金属材料的类型及应用 (一）碳素结构钢 1. 碳素结构钢的分级。碳素结构钢又称为普碳钢，在国家标准《碳素结构钢》GB/T700-2006中，按照碳素结构钢屈服强度的下限值将其分为四个级别，其钢号对
应为Q195、Q215、Q235和Q275,其中Q代表屈服强度，数字为屈服强度的下限值，数字后面标注的字母A、B、C、D表示钢材质量等级，即硫、磷质量分数不同，A级钢中硫、磷含量最高，D级钢中硫、磷含量最低。 2. 碳素结构钢的特性及用途 (1) Q195、Q215、Q235A和Q235B塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等；Q235C、Q235D可用于重要的焊接件；Q235和Q275强度较高，通常轧制成型钢、钢板作构件用。 (2) 碳素结构钢具有良好的塑性和韧性，易于成型和焊接，常以热轧态供货，一般不再进行热处理，能够满足一般工程构件
的要求，所以使用极为广泛。 例如，Q235含碳量适中，具有良好的塑性、韧性、焊接性能、冷加工性能，大量生产钢板、型钢、钢筋，用以建造高压输电铁塔、桥梁、厂房屋架等，其中C、D级钢含硫、磷量低，相当于优质碳素钢，适用于制造对可焊性及韧性要求较高的工程结构机械零部件，如机座、支架、受力不大的拉杆、连杆、轴等。 (二）低合金结构钢 1. 低合金结构钢的分级 低合金结构钢也称为低合金高强度钢，按照国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008,根据屈服强度划分，其共
金属材料的分类 金属是具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能，并具有正的温度电阻系数的物质。金属，是个大家庭，现在世界上有86种金属。 一、通常人们把金属分成两大类，黑色金属和有色金属 (一)、黑色金属 黑色金属和有色金属这名字，常常使人误会，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。黑色金属只有三种：铁、锰与铬。而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的；锰是银白色的；铬是灰白色的。因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看去就是黑色的。怪不得人们称之为“黑色金属”。常说的“黑色冶金工业”，主要是指钢铁工业。因为最常见的合金钢是锰钢与铬钢，这样，人们把锰与铬也算成是“黑色金属”了。 除了铁、锰、铬以外，其他的金属，都算是有色金属。 （二）、什么是有色金属? 109个化学元素中的64个是这个家族的成员。其中人们比较熟知的有铜、铝、铅、锌、金、银等。目前,我国有色金属的产量已经超过美国,连续3年居世界第一,而对有色金属的需求量也是世界之冠。 （三）、有色金属的分类 （1）有色纯金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。 （2）有色合金按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、 稀有金属合金等；按合金用途则可分：变形（压力加工用合金）、铸造合 金、轴承合金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉未等。 （3）有色材按化学成份分类：铜和铜合金材、铝和铝合金材、铅和铅合金材、镍和镍合金 材、钛和钛合金材。按形状分类时，可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。 （四）、在有色金属中，还有各种各样的分类方法 1.按照比重来分，铝、镁、锂、钠、钾等的比重小于5，叫做“轻金属”（密度小（0.53～4.5g/cm3），化学性质活泼，如铝、镁等. ） 2.而铜、锌、镍、汞、锡、铅等的比重大于5，叫做“重金属”。（一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等；） 3.象金、银、铂、锇、铱等比较贵，叫做“贵金属”， 4.镭、铀、钍、钋等具有放射性，叫做“放射性金属”， 5.还有像铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、钨、钼、锗、锂、镧、铀等因为地壳中含量较少，或者比较分散，人们又称之为“稀有金属”。
#专题论述# 稀土发光材料研究与发展方向 李 洁1,张哲夫2 (1.中国轻工总会电光源材料研究所,江苏南京210015;21南京林业大学化学工程学院,江苏南京210037) 摘 要:对稀土发光材料稀土三基色荧光粉、计算机显示器和投影电视用粉、PD P 用荧光粉的物化性能、合成方法、材料回收以及纳米材料的研制等作了简要论述。 关键词:稀土;发光材料;荧光粉;纳米技术 中图分类号:TG 146145 文献标识码:A 文章编号:1004-0536(2002)02-0037-04 稀土元素具有独特的4f 电子结构,大的原子磁矩,很强的自旋轨道耦合等,与其他元素形成稀土配位化合物时,配位数可在3~12之间变化,且其稀土化合物的晶体结构也呈多样化,稀土元素独特的物理化学特性决定了其广泛的用途。 稀土的发光性能是由于稀土的4f 电子在不同能级之间的跃迁而产生的。当稀土离子吸收光子或X 射线等能量以后,4f 电子可从能量低的能级跃迁至能量高的能级;当4f 电子从高的能级以辐射弛豫的方式跃迁至低能级时发出不同波长的光。两个能级之间的能量差越大,发射的波长越短。由于很多稀土离子具有丰富的能级和它们的4f 电子的跃迁特性,使稀土发光材料在彩电、显像管、计算机显示器、照明、医学、核物理和辐射场、军事等领域都得到广泛的应用[1]。科研人员和生产厂家为了得到更多更好的发光材料,对稀土发光材料的化合特性、物化特性、制造方法、新型配方等都进行了大量的研究和试验。 1 稀土三基色荧光粉 制造高品质的节能灯一般要求荧光粉具有:(1)化学稳定性好;(2)制灯后光效高,9W 灯的光视效能在65lm/W 以上;(3)使用寿命长和光衰低,如国外要求灯的使用寿命在10000h 以上,3000h 的光衰不超过8%;(4)有高的显色指数,R a \80;(5)对 制灯工艺的适宜性。现时我国的节能灯与国外相比,质量上有很大的差距,显色指数较低,100h 光衰 一般为25%,好的也在15%~18%,使用寿命不到2000h 。其原因除了制灯工艺外,荧光粉的质量也有很大的影响。 稀土三基色荧光粉主要组成部分为红粉Y 2O 3B Eu 3+,约占60%~70%(质量分数,下同),绿粉为Ce 0.67M g 0.33Al 11O 19B Tb 3+(~30%),蓝粉为Ba M gAl 16O 27B Eu 2+(少量)。 我国的灯用红粉,质量已达国际先进水平[2]。因为氧化钇很贵,所以主要是降低成本的研究。而一般绿粉的量子效率只有80%,故主要是关于提高发光效率的研究。探索合成不同体系的发光材料具有很大的实际意义。由于Tb 3+离子具有特征的绿色发射,所以围绕铽来合成不同体系的绿粉一直是人们所感兴趣的课题。而铝酸盐绿粉因为烧成温度高,合成周期长,烧成后的粉末硬,后处理困难,收率低等缺点,其替代物Ce 、Tb 共激活的正磷酸盐近年来得到较多的研究,在工业上也得到越来越多的应用。如北京化工大学、复旦大学等对此都进行了报道,对稀土磷酸盐绿粉的合成工艺,发光特性,Ce 3+、Tb 3+、Gd 3+的不同掺杂体系的能量传递等都进行了研究,得到了一些新的结果。 我国的灯用蓝粉与国际先进水平有较大差距,显色指数较低,100h 光衰一般为25%,好的蓝粉也 收稿日期:2001-10-08 作者简介:李 洁(1957-),女,大学本科毕业,工程师,从事金属材料和电光源研究工作。 第30卷第2期2002年6月 稀有金属与硬质合金Rare Metals and Cemented Carbides V ol.30 l .2 Jun. 2002
金属材料的分类及牌号 焊接基础、热处理 葛兆祥1 2 江苏省电力试验研究院有限公司 江苏省电机工程学会金属材料与焊接专委会 金属材料分类及牌号 金属材料的种类很多，常用的有钢、铁，铝及其合金，铜及其合金，钛及其合金，镁及其合金，锆及其合金，镍及其合金等。在我们电力系统，应用最多的还是钢和铁。所以，今天我们主要讨论钢和铁的有关内容。 一、铸铁 1、特点 铸铁与钢相比强度较低，塑性、韧性较差。但是具有良好的： ▇耐磨性 ▇吸震性 ▇铸造性、 ▇可切削性 铸铁的焊接性差，因此，影响了它的发展。但是随着焊接技术的发展，铸铁（设备）的焊接也取得了很大的成功，获得了很大的经济效益。 2、铸铁的分类 铸铁是含碳量为2％～4.5％的铁碳合金。在铸铁的化学成分中还有Si、Mn及S、P等杂质。为了改善铸铁的性能，常在铸铁中加入Ni、Cr、Mn、Si、V、Ti、Mg等元素，成为合金铸铁。 按照C在铸铁中存在的状态和形式的不同，可将铸铁分为五类： ▇白口铸铁 C在铁中绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈白色而得名。渗碳体硬而脆，无法加工，故应用不广。主要用于轧辊、不需要加工的耐磨件等。 ▇灰口铸铁C以片状石墨存在，其断口呈暗灰色而得名。普通灰铁石墨较粗，如在浇注之前的铁水中加入少量的硅铁或硅钙等孕育剂，进行孕育处理，促使石墨自发形核，可使粗片状石墨细化，形成孕育铸铁。
▇可锻铸铁 C团絮状石墨存在，是将白口铁经长时间石墨化退火，使渗碳体分解形成石墨并呈团絮状分布于基体内，因其韧性较好故称可锻铸铁。可锻铸铁是由炼钢生铁在900～1000℃的温度下经过2～9天长时间的退火形成。 ▇球墨铸铁 C以球状石墨存在，故称球墨铸铁。这是铁水中加入纯镁或稀土镁合金等球化剂而获得，具有较高的强度和韧性，可通过热处理改善力学性能，可制造强度高，形状复杂的铸件。 ▇蠕墨铸铁 C以蠕虫状石墨存在，浇注前在铁水中加入稀土硅铁、稀土镁钛等蠕化剂，促使C形成蠕虫状。 ▇铁合金 铁合金是Fe和其它一定量的合金元素组成的合金。它是炼钢原料之一，也是焊接冶金必不缺少原材料。炼钢和焊接时作为脱氧剂或渗合金剂加入，起到脱氧、渗合金等作用，改善钢材和焊缝的性能。 ○常用铁合金 ――SiFe 硅铁分别有含硅95％、75％、45％的几种，也有12％的贫硅铁、硅铝合金、硅钙合金，硅锰合金。 ――MnFe 按含碳量分为碳素锰铁（含碳量7％），中碳锰铁（C1.5～1.0％），低碳锰铁（C0.50％）。 ――CrFe 按含碳量分为碳素铬铁（C8～4％），中碳铬铁（C4～0.5％），低碳铬铁（0.5～0.15），微碳铬铁（C0.06），超微碳铬铁（C＜0.03），金属铬、硅铬合金。 3、铸铁组织 铸铁组织与化学成分和冷却速度有关 ――化学成分影响 ▇有些元素能促使石墨化，如C、Ni、Si、Al、Cu等； ▇有些是阻止石墨化元素，如S、V、Cr等。 在铸铁中，C以石墨形式析出的过程称为石墨化。 ――冷却速度的影响 ▇冷却速度很快时，便形成以珠光体和渗碳体（为基体），构成白口铁； ▇冷却速度足够慢时，便形成以铁素体为基体的片状石墨分布的灰口铸 ▇介于两者之间，形成以珠光体为基体和石墨组成灰口铁或珠光体和铁素体为基体灰口铁。 4、铸铁的牌号和力学性能 铸铁的牌号在GB/T5612-1985中作了相应的规定。规程对化学成分不做明确规定，仅规
2H311011金属材料的类型及应用 一、黑色金属材料（钢铁材料、工业中应用最广、用量最多、铁和碳为主要元素组成的合金） 1、生铁（碳的质量分数大于2%的铁碳合金）： （1）、按用途分为：炼钢生铁、铸造生铁。 （2）、按化学成分分为：普通生铁、特种生铁。 2、铸铁（碳的质量分数超过2%<一般为2.5%~3.5%>的铁碳合金） （1）、按断口颜色分为：灰铸铁（普遍应用于工业中、火电站低中参数汽轮机的低压缸和隔板）、白口铸铁、麻口铸铁。（2）、按生产方法和组织性能分为：普通灰铸铁、孕育铸铁、特殊性能铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。 3、钢（碳的质量分数不大于2%的铁碳合金） （1）、按化学成分和性能分类： A、碳素结构钢：（Q195、Q215、Q235、Q275，其中Q代表屈服强度，数字为屈服强度的下限值；型钢、钢筋、钢丝、钢绞丝、圆钢、高强螺栓及预应力锚具） B、合金结构钢：（Q345<起重机，韧度好、缺口敏感性也较碳素结构钢大>、Q390、Q420、Q460<600MW超临界电站锅炉汽包>、Q500、Q550、Q620） C、特殊性能低合金高强度钢：（耐候钢、耐海水腐蚀钢、表面处理钢材、汽车冲压钢板、石油及天然气管线钢、工程机械用钢
与可焊接高强度钢、钢筋钢、低温用钢以及钢轨钢） （2）、按钢的用途分类：结构钢、工具钢、特殊用钢、专用钢、铸钢、锻钢、热轧钢、冷轧钢、冷拔钢。 4、钢材（应用最为广泛） （1）、型材：圆钢、方钢、扁钢、H型钢（电站锅炉钢架的立柱）、角钢、工字钢（炉墙）、T型钢、槽钢、钢轨。 （2）、板材：钢带（带钢）、薄钢板（厚度在0.2~4mm）、厚钢板（厚度在4mm以上的钢板）、中板（厚度在4~25mm之间）、厚板（厚度在25~60mm之间）、特厚板（厚度大于60mm）。（3）、管材：普通无缝钢管、螺旋缝钢管、焊接钢管（流体输送）、无缝不锈钢管、高压无缝钢管。 （4）、钢制品：焊条、管件、阀门 A、焊条（酸性焊条、碱性焊条、结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、低温钢焊条） B、管件（法兰、弯头、三通、四通、变径、钢制活接头、管接头、封头、盲板） C、阀门（管道工程常用阀门：闸阀、截止阀、球阀、针形阀、蝶阀、止回阀、调节阀、角阀、减压阀、安全阀、旋塞、柱塞阀、隔膜阀、浮球阀、疏水阀） 二、有色金属（铝、铜、钛、镁、镍和轴承合金） 1、铝及铝合金： （1）、纯铝：
介电材料的研究与发展 介电材料dielectric material ，又称电介质，是电的绝缘材料。 主要用于制造电容器。要求材料的电阻率高，介电常量大。种类很多，重要的有金红石（TiO2）瓷，含二氧化钛的复合氧化物陶瓷，如钛酸钙、钛酸镁、钛酸钡等。云母具有层状结构，易剥离成薄片，适于用作叠层型电容器。六方氮化硼耐高温、导热系数大，是理想的高温导热绝缘材料。白宝石（α-Al2O3）、尖晶石（MgO?Al2O3）等可作电子器件的衬底材料，可在它上面生长单晶硅膜。 电容器是电子、电力工业中一种常用的电子、电器元器件，它的用途十分广泛、电容器是储存从电路中得到的电荷的器件，它可以使信号的波动趋于平滑，积蓄电荷使电路的其余部分免遭破坏，储存的电荷供以后分配、使用，甚至还可以改变电信号的频率，电容器的设计原则是使电荷储存在两个导体之间的极化材料(介电材料)中。对介电材料的要求是必须容易极化，同时还必须有很高的电阻率和介电强度，以防止电荷在两个导体板之间通过。这种限制电流不能在两个导体之间通过的作用和绝缘材料的作用一样，从这个意义上说，介电材料是一类特殊的绝缘材料，它又有绝缘材料不具备的储存电荷的功能，能够储存电荷是介电材料的主要功能，因此，它必须是具有很高介电常数的一举材料。 在电工技术中，电介质主要用作为电气绝缘材料，故电介质亦称为电绝缘材料。随着科学技术的发展，发现一些电介质具有与极化过程有关的特殊性能。如不具有对称中心的晶体电介质，在机械力的作用下能产生极化，即压电性；不具有对称中心，而具有与其他方向不同的唯一的极轴晶体存在自发极化，当温度变化能引起极化，即具有热释电性；当自发极化偶极矩能随外施电场的方向而改变，它的极化强度与外施电场的关系曲线与铁磁材料的磁化强度与磁场的关系曲线极为相似，即具有电滞曲线(铁电性)。具有压电性、热释电性、铁电性的材料分别称为压电材料、热释电材料、铁电材料。这些具有特殊性能的材料统称为功能材料。它是电介质的一个重要组成部分。可用作机械、热、声、光、电之间的转换，在国防、探测、通信等领域具有极为重要的用途。 用于显示的液晶，在静电效应的应用和防护方面的材料，可以用于隐形技术方面的微波电介质材料，以及作为结构材料应用的电介质 介电材料的应用： 这里指的是利用介电常数的实部和虚部的材料。日前主要用作电容器的介质；它要求有高的介电常数和击穿场强，还要有低的损耗和漏电电流，铁电相变和介电损耗在介电材料中的利用。在铁电相变或反铁电相变点附近，电介质的介电常数有很大值。从理论k，对于理想完整的单晶体，根据居里—外斯(Curie—：Weiss)定律，在居里点附近介电常数向无限大发散。但这么一来温度范围就太窄了，在工艺上的方法是以铁电体和反铁电体的这一特性为基础，采用掺杂等技术使相变点变为一个温度范围较宽的相变区，在区内仍有足够大的介电常数．这时的相变成为扩散型的相变。增加电容器单位体积(或单位重量)的电容量的巧妙的一些新方法。目前，电容器还主要用于电子技术和电工方面．注意到电容器贮存的电能为专Cy2，若能提高它的耐压以及单位体积的电容量C，则电容器所贮存的电能是十分可观的，在引发可控热核反应时，方法之一就是利用电容器贮存的能量在很短时间内释放出来以产生足够高的温度．如果电容器单位重量贮存的能量能达到一般铅蓄电池的水平(32．4w．h／k8)，则电容器就有可能进一步发展