信息功能陶瓷材料及应用 (1)

信息功能陶瓷材料及应用

材料五班石海军信息材料－是为实现信息探测、传输、存储、显示和处理等功能而使用的材料。〔信息就是用符号、信号或消息所包含的内容，来消除客观事物认识的不确定性。〕信息材料包括：信息探测材料，信息传输材料，信息存储材料，信息处理材料。

信息探测材料：对电、磁、光、声、热辐射、压力变化或化学物质敏感的材料。可用来制成传感器，用于各种探测系统，如电磁敏感材料、光敏材料、压电材料等。

信息传输材料：主要用于对电子信息的传输，如光纤、电缆等等。

信息存储材料：包括磁存储材料、光存储材料、磁光存储材料、相变存储材料、铁电介质存储材料、半导体动态存储材料等等。

信息处理材料：包括对各种电子信息的处理、加工以及转换，使其发挥相应功能的材料。

按材料种类分类：半导体信息材料，信息功能陶瓷材料，有机信息材料信息薄膜材料，等等.

信息功能陶瓷材料〔陶瓷是以无机非金属矿物为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。〕

信息功能陶瓷的制备工艺：氧化物法/固相反应烧结法，湿化学法，复合法。

氧化物法/固相反应烧结法。优点：工艺成熟、成本低廉，适合于批量化大生产。缺点：材料成分容易偏析，性能难以精确控制。

1原料的选择与处理

选择原料是非常重要的环节，因为原料的纯度、活性与结晶结构是影响产品性能的重要因素。原料是直接参加固相反应并生成功能陶瓷的组成成分，从而从根本上决定着材料的性能。不同产地的原料或即使是相同厂家的原料在纯度、活性、颗粒形状和粒径分布、杂质含量等方面差别很大，进而对陶瓷的性能产生较大的影响。

2计算、配料

原料确定后，配方就是决定产品性能的关键了，选择不同的配方就意味着得到不同性能的材料。具体的配方多数是在系统研究的成果和理论的定性指导下按照使用要求确定的。

3一次球磨

球磨是影响产品质量的重要工序。一次球磨得目的主要是混合均匀，以利于预烧时固相反应完全。球磨中通过介质球与原料的撞击、碾压、摩擦将粉料磨细并混合均匀，粉料比表面积上升，自由能上升，从而使烧结时固相反应加快而且完全。球磨时要合理的选择球磨介质以及介质大小的配比，料、球和水的配比、球磨的时间等，以提高球磨质量和效率。

4预烧

预烧通常指低于烧结温度下将一次球磨后的粉料煅烧数小时(一般在700～1200℃保温几个小时)，主要目的是为了使各种氧化物初步发生化学反应，减少烧结时产品的收缩率。预烧温度的选择对于控制收缩率、粉料活性以及最终烧结温度的确定都有很大影响。

5二次球磨

预烧过的粉料会出现结块，经过破碎后，加入适量的添加剂，要进行二次球磨。二次球磨的主要作用是将预烧料碾磨成一定颗粒尺寸的的粉体，使粉料的粒径分布较窄，以利于成型。

二次球磨的时间对材料电磁性能有很大的影响，球磨时间太短，则粉料粒径偏大，球磨时间太长，不但对粉料粒径影响不大，反而会带入杂质，从而降低材料的性能。

6造粒

为了提高成型效率与产品质量，需要将二次球磨后的粉料与稀释的粘合剂混合，研磨混合均匀后，过筛成一定尺寸的颗粒。造粒后的粉料要求有一定的分散性、流动性要好，非常细的颗粒要少，这样成型时就能很快地流进并填满模具内的空间，这样有利于成型样品的均匀性。

7成型

将造粒后的粉料按要求的形状在一定的压力下压成坯件形状，称为成型。大多实验和生产采用干压成型方法，使模具中的粉料被压成具有一定机械强度、不致在烧结前破碎的生坯。为了提高成型的质量，改善产品性能。在成型过程中加入少量的硬脂酸锌或油酸

8烧结

烧结过程对电子陶瓷的性能有着决定性意义。因为烧结过程影响到固相反应的程度及最后的相组成、密度、晶粒大小等等，这些都不同程度的影响着产品的电磁性能，可以说，如果配方是确定材料性能的内因，那么烧结就是保证获得最佳磁性能的最重要外因。烧结过程包括升温、保温、降温三个阶段。

•升温起始阶段主要是粘合剂、水分的集中挥发阶段，因此要控制一定升温速度，以防止水分、粘合剂集中挥发引起坯件热开裂与变形，通常在此温度区间升温宜缓慢些，以便挥发物通过排气孔及时排除。粘合剂等挥发完后，升温速度可以加快些。

•保温过程中，主要是保温温度和保温时间的问题，通常烧结温度的提高和保温时间的延长会促进固相反应完全，密度增加，气孔减少，晶粒增大。但如果烧结温度过高、保温时间过长，会引起电子陶瓷分解，产生空泡、另相、晶粒的不连续生长等一系列的问题，导致陶瓷性能恶化，因此，要选择合适的烧结温度和保温时间。

•降温过程对控制产品的性能有时是由决定性意义的。降温过程中要注意以下几方面，一，冷却过程中将会引起产品的氧化或还原等方面的问题。二、合适的冷却速度有利于控制产品合格率，并优化材料性能。

9测试

包括宏观性能和微观性能的检测。不同性能的检测对样品的制备要求各不相同。例如宏观磁性参数一般采用圆环形样品，宏观介电参数一般采用圆片样品。根据实际测试参数的需要确定样品的处理方式和测试方式。

湿化学法：优点：可将粒子尺寸控制在相当的范围内，使均匀性达到亚微米级、纳米级甚至分子、原子级水平。缺点：工艺复杂，成本高，有空气污染。〔目前，在电子陶瓷材料制备中，应用最多的湿化学法为溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法的主要原理：将易于水解的金属化合物（无机盐或金属醇盐）在溶液中与水发生水解反应，形成均匀的溶胶；加入一定的其它成分（如凝胶剂），在一定的温度下溶胶经水解和缩聚过程而逐渐凝胶化；凝胶再经干燥、灼烧等后续热处理，最后得到所需的材料。溶胶-凝胶过程是在较低温度下通过溶液中的化学反应合成无定形网络结构的途径，它不同于溶液中的析晶过程。这一技术的关键是获得高质量的溶胶和凝胶。〕

与其他制备材料的湿化学法或氧化物法相比，溶胶-凝胶法具有以下一些独特的优点：

•制备过程温度低。材料制备过程易于控制，甚至可以制备传统工艺难以得到或根本得不到的材料。

•所得材料的均匀性好。多组分溶液是分子级、原子级的混合，均匀程度极高。

•可以合成微粒子陶瓷。可以制备分散性好的微粒子原粉，进而制备粒子大小均匀一致的高性能烧结体。