1
信息功能陶瓷及应用主讲：侯育冬材料学院 228
材料学科前沿讲座（ 2006-2007）
2
1 共 15个讲座,要求选择 8个讲座写 8篇 论述,
每个论述要求 2000字左右 。
2 论述于该讲座完后的第二周上课时将该论述交给上课教师,过期不交的视为该生放弃此讲座 。
3 不能抄袭,如若抄袭,全部取消成绩 。
4 考勤：占 20%
教学要求
3
一 陶瓷发展历程二 电子陶瓷制备三 电容陶瓷器件四 压电陶瓷器件五 微波陶瓷器件教学内容
4
一 陶瓷发展历程
5
一 陶瓷发展历程
传统陶瓷,由粘土类物料经成形、干燥、高温处理而成的制品。
Ceramics 来源于希腊语 Keramos，意为火烧成的制品。包括：陶器和瓷器等 （火与土的艺术） 。
从发展的历程来看是先有陶器，后有瓷器，在西汉时陶器和瓷器才分开。
6
一 陶瓷发展历程表 陶器与瓷器的区别类别 材料 温度 釉 声音 源产地陶器 普通粘土
（紫砂泥）
700-900度 上低温釉或不上釉雄浑 世界范围瓷器 瓷土
（高岭土）
1200度以上 上高温釉 清脆 中国独有
7China，世界古陶的中心！
8江西景德镇古窑烧陶瓷图景
9
陶瓷的发展历程陶 器先进陶瓷
(微米级 )
纳米陶瓷高铝质粘土和瓷土釉的发明显微结构分析方法无损评估更深入的性能研究相关学科的推动原料纯化陶瓷制备的新工艺陶瓷理论高温技术瓷 器传统陶瓷
10
电子陶瓷定义：
应用于电子技术中各种功能陶瓷。
电子陶瓷分类：
a 根据电子陶瓷组成、结构的易调性和可靠性：
可制备绝缘性、半导性、导电性和超导电性陶瓷
b 根据电子陶瓷的能量转换和耦合特性：
可制备压电、光电、热电、磁电和铁电等陶瓷
c 根据对外场的敏感效应：
可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、光敏等敏感陶瓷一 陶瓷发展历程
11电子陶瓷分类图
12
电子陶瓷显微结构：
多晶，多相一 陶瓷发展历程电子陶瓷结构（与自然界类比）
13
一 陶瓷发展历程
应用领域：
电子信息,自动控制,航空航天,海洋超声,激光技术,精密仪器,机械工业和生物医学
14
Consumer
Industrial
AutomotiveInformation & communications
一 陶瓷发展历程
15
一 陶瓷发展历程表 美国先进陶瓷部件市场（亿美元）
类别 1998 2003
结构陶瓷 4.25 6.40
电子陶瓷 48.78 74.14
陶瓷涂层 7.57 10.56
与化工和环境有关材料
14.26 18.40
总计 74.86 109.50
16
The Top 10 in passive electronic components
1 Murata* 1.5
3 TDK* 1.2
5 Vishay* 1.0
4 Matsushita* 1.0
2 EPCOS 1.3
10 Rubycon 0.5
7 Chemi-Con 0.7
6 AVX 0.9
9 TaiyoYuden* 0.6
8 Nichicon 0.6
Ceramic capacitors,filters,thermistors
Ceramic capacitors,inductors,ferrites
Broadliner
Broadliner,trades under Panasonic brand
Broadliner
Aluminum capacitors
Aluminum capacitors
Broadliner
Ceramic capacitors,inductors
Aluminum capacitors
Sales in EUR billion,April 03 to March 04
一 陶瓷发展历程
17
二 电子陶瓷制备
18
二 电子陶瓷制备基本工艺流程图称量原料球磨煅烧二次球磨造粒成型烧结精密抛光表面金属化高压极化测试包装压电陶瓷生产需要该步骤
19
二 电子陶瓷制备
工业化流程
a 喷雾干燥 b 干压成型
20
二 电子陶瓷制备
工业化流程
c 陶瓷烧结 d 精密印刷
21
二 电子陶瓷制备
工业化流程
e 测试分选 f 编带包装
22
三 电容陶瓷器件
23
三 电容陶瓷器件陶瓷电容器
24
三 电容陶瓷器件
储存能量的放电
直流电流的阻断
电路元件的耦合
交流信号的旁路
鉴频
瞬时电压和飞弧抑制
陶瓷电容器用途
25
三 电容陶瓷器件
大容量电容器的制造
提高介电常数高介电容器材料
（ 弛豫铁电陶瓷等 ）
优化结构设计单片器件局限性独石结构设计
S
C
d
26
三 电容陶瓷器件用并联的方法把单板电容器堆积起来，产生一个每个单元体积具有更多电容的坚实的电容器 —— 独石陶瓷电容器 （ MLCC）。
MLCC,Multilayer Ceramic Chip
MLCC是世界上用量最大，发展最快的片式元件。国际市场需求增长速度为 15-20%。
独石电容结构设计原理
27
独石陶瓷结构与等效电路
C2
C3
C1
三 电容陶瓷器件
28
独石陶瓷叠片结构图与实物照片三 电容陶瓷器件
29
独石陶瓷工艺端电极内电极介电材料三 电容陶瓷器件
30
独石陶瓷电容器发展趋势
① 增大电容量开发高介电常数新材料，减薄介质层厚度，
提高叠层数。
1000500400300层数
(实验尺度 )
1000500300230180层数
(产品尺度 )
<1?m1?m2?m3?m4?m层厚
(实验尺度 )
1?m2?m4?m5?m6?m层厚
(产品尺度 )
0501989693年三 电容陶瓷器件
31
独石陶瓷电容器发展趋势
② 使用贱金属电极
Ni 电极的特点：
（ 1） Ni电极成本低,仅为常规 Pd30-Ag70
电极的 5%,经济效益可观；
（ 2） Ni原子或原子团的电迁移速度较 Ag
或 Pd-Ag小,因而具有良好的电化学稳定性,
可以提高 MLCC的可靠性 。
三 电容陶瓷器件
32
独石陶瓷电容器发展趋势
③ 提高集成化三 电容陶瓷器件
56components 1module
Varistors
Inductors
Capacitors
Diodes
SAW filters
33
四 压电陶瓷器件
34
四 压电陶瓷器件
压电效应压电效应是一种机电耦合效应 。
实现机械能与电能的相互转换 。
35
准同型相界（ MPB） —— PZT陶瓷四 压电陶瓷器件准同型相界（ MPB）
36
压电变压器四 压电陶瓷器件优点：
高升压比、高转换效率
耐高压高温与短路烧毁
抗电磁干扰
节约有色金属
体积小、重量轻
适应片式化发展压电变压器与电磁变压器比较
37
压电变压器四 压电陶瓷器件驱动冷阴极荧光灯压电变压器驱动液晶显示器背光电源
38
压电马达四 压电陶瓷器件压电超声微马达控制驱动的二维微动台结构压电超声微马达用于照相机镜头中的自动调焦压电马达 压电变压器驱动压电马达
39
空气加湿器四 压电陶瓷器件空气加湿器商品超声波制雾机芯空气加湿器结构
40
其它应用四 压电陶瓷器件
41
五 微波陶瓷器件
42
微波陶瓷五 微波陶瓷器件微波陶瓷 （ 介质 ） 是指应用于微波频段 （
300MHz~3000GHz） 电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷 。
3MHz 30MHz
300MHz 30GHz
3GHz 300GHz 3000GHz
中波 短波 超短波 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波 红外线微波主要通信频段
43
微波陶瓷性能要求五 微波陶瓷器件
1) 相对介电常数 εr
在微波频率下,相对介电常数 ε r要大,
ε r越大,介质元件尺寸可做得越小 。
44
微波陶瓷性能要求五 微波陶瓷器件
2) 品质因数 Q
在微波频率下,品质因数 Q要高 。 高 Q有利于获得良好的滤波特性及通讯质量 。
45
微波陶瓷性能要求五 微波陶瓷器件
3) 谐振频率温度系数 τf
τf要为零,以保证元器件的中心频率不随温度变化而产生漂移,提高器件的工作稳定性 。
f0 f0′ Frequency
t1 t2
pow
er
46
微波陶瓷应用五 微波陶瓷器件
谐振器件?介质波导?微波天线
微波滤波器?介质基片?介质电容器
47
信息功能陶瓷方面的论述作业要求：
1 在本领域中自由选题,如压电陶瓷,介电陶瓷,铁电陶瓷,微波陶瓷及其器件等
2 字数控制在 2000字左右
3 于 3月 20日交给上课教师
48
Thanks！
信息功能陶瓷及应用主讲：侯育冬材料学院 228
材料学科前沿讲座（ 2006-2007）
2
1 共 15个讲座,要求选择 8个讲座写 8篇 论述,
每个论述要求 2000字左右 。
2 论述于该讲座完后的第二周上课时将该论述交给上课教师,过期不交的视为该生放弃此讲座 。
3 不能抄袭,如若抄袭,全部取消成绩 。
4 考勤：占 20%
教学要求
3
一 陶瓷发展历程二 电子陶瓷制备三 电容陶瓷器件四 压电陶瓷器件五 微波陶瓷器件教学内容
4
一 陶瓷发展历程
5
一 陶瓷发展历程
传统陶瓷,由粘土类物料经成形、干燥、高温处理而成的制品。
Ceramics 来源于希腊语 Keramos，意为火烧成的制品。包括：陶器和瓷器等 （火与土的艺术） 。
从发展的历程来看是先有陶器，后有瓷器，在西汉时陶器和瓷器才分开。
6
一 陶瓷发展历程表 陶器与瓷器的区别类别 材料 温度 釉 声音 源产地陶器 普通粘土
（紫砂泥）
700-900度 上低温釉或不上釉雄浑 世界范围瓷器 瓷土
（高岭土）
1200度以上 上高温釉 清脆 中国独有
7China，世界古陶的中心！
8江西景德镇古窑烧陶瓷图景
9
陶瓷的发展历程陶 器先进陶瓷
(微米级 )
纳米陶瓷高铝质粘土和瓷土釉的发明显微结构分析方法无损评估更深入的性能研究相关学科的推动原料纯化陶瓷制备的新工艺陶瓷理论高温技术瓷 器传统陶瓷
10
电子陶瓷定义：
应用于电子技术中各种功能陶瓷。
电子陶瓷分类：
a 根据电子陶瓷组成、结构的易调性和可靠性：
可制备绝缘性、半导性、导电性和超导电性陶瓷
b 根据电子陶瓷的能量转换和耦合特性：
可制备压电、光电、热电、磁电和铁电等陶瓷
c 根据对外场的敏感效应：
可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、光敏等敏感陶瓷一 陶瓷发展历程
11电子陶瓷分类图
12
电子陶瓷显微结构：
多晶，多相一 陶瓷发展历程电子陶瓷结构（与自然界类比）
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一 陶瓷发展历程
应用领域：
电子信息,自动控制,航空航天,海洋超声,激光技术,精密仪器,机械工业和生物医学
14
Consumer
Industrial
AutomotiveInformation & communications
一 陶瓷发展历程
15
一 陶瓷发展历程表 美国先进陶瓷部件市场（亿美元）
类别 1998 2003
结构陶瓷 4.25 6.40
电子陶瓷 48.78 74.14
陶瓷涂层 7.57 10.56
与化工和环境有关材料
14.26 18.40
总计 74.86 109.50
16
The Top 10 in passive electronic components
1 Murata* 1.5
3 TDK* 1.2
5 Vishay* 1.0
4 Matsushita* 1.0
2 EPCOS 1.3
10 Rubycon 0.5
7 Chemi-Con 0.7
6 AVX 0.9
9 TaiyoYuden* 0.6
8 Nichicon 0.6
Ceramic capacitors,filters,thermistors
Ceramic capacitors,inductors,ferrites
Broadliner
Broadliner,trades under Panasonic brand
Broadliner
Aluminum capacitors
Aluminum capacitors
Broadliner
Ceramic capacitors,inductors
Aluminum capacitors
Sales in EUR billion,April 03 to March 04
一 陶瓷发展历程
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二 电子陶瓷制备
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二 电子陶瓷制备基本工艺流程图称量原料球磨煅烧二次球磨造粒成型烧结精密抛光表面金属化高压极化测试包装压电陶瓷生产需要该步骤
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二 电子陶瓷制备
工业化流程
a 喷雾干燥 b 干压成型
20
二 电子陶瓷制备
工业化流程
c 陶瓷烧结 d 精密印刷
21
二 电子陶瓷制备
工业化流程
e 测试分选 f 编带包装
22
三 电容陶瓷器件
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三 电容陶瓷器件陶瓷电容器
24
三 电容陶瓷器件
储存能量的放电
直流电流的阻断
电路元件的耦合
交流信号的旁路
鉴频
瞬时电压和飞弧抑制
陶瓷电容器用途
25
三 电容陶瓷器件
大容量电容器的制造
提高介电常数高介电容器材料
（ 弛豫铁电陶瓷等 ）
优化结构设计单片器件局限性独石结构设计
S
C
d
26
三 电容陶瓷器件用并联的方法把单板电容器堆积起来，产生一个每个单元体积具有更多电容的坚实的电容器 —— 独石陶瓷电容器 （ MLCC）。
MLCC,Multilayer Ceramic Chip
MLCC是世界上用量最大，发展最快的片式元件。国际市场需求增长速度为 15-20%。
独石电容结构设计原理
27
独石陶瓷结构与等效电路
C2
C3
C1
三 电容陶瓷器件
28
独石陶瓷叠片结构图与实物照片三 电容陶瓷器件
29
独石陶瓷工艺端电极内电极介电材料三 电容陶瓷器件
30
独石陶瓷电容器发展趋势
① 增大电容量开发高介电常数新材料，减薄介质层厚度，
提高叠层数。
1000500400300层数
(实验尺度 )
1000500300230180层数
(产品尺度 )
<1?m1?m2?m3?m4?m层厚
(实验尺度 )
1?m2?m4?m5?m6?m层厚
(产品尺度 )
0501989693年三 电容陶瓷器件
31
独石陶瓷电容器发展趋势
② 使用贱金属电极
Ni 电极的特点：
（ 1） Ni电极成本低,仅为常规 Pd30-Ag70
电极的 5%,经济效益可观；
（ 2） Ni原子或原子团的电迁移速度较 Ag
或 Pd-Ag小,因而具有良好的电化学稳定性,
可以提高 MLCC的可靠性 。
三 电容陶瓷器件
32
独石陶瓷电容器发展趋势
③ 提高集成化三 电容陶瓷器件
56components 1module
Varistors
Inductors
Capacitors
Diodes
SAW filters
33
四 压电陶瓷器件
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四 压电陶瓷器件
压电效应压电效应是一种机电耦合效应 。
实现机械能与电能的相互转换 。
35
准同型相界（ MPB） —— PZT陶瓷四 压电陶瓷器件准同型相界（ MPB）
36
压电变压器四 压电陶瓷器件优点：
高升压比、高转换效率
耐高压高温与短路烧毁
抗电磁干扰
节约有色金属
体积小、重量轻
适应片式化发展压电变压器与电磁变压器比较
37
压电变压器四 压电陶瓷器件驱动冷阴极荧光灯压电变压器驱动液晶显示器背光电源
38
压电马达四 压电陶瓷器件压电超声微马达控制驱动的二维微动台结构压电超声微马达用于照相机镜头中的自动调焦压电马达 压电变压器驱动压电马达
39
空气加湿器四 压电陶瓷器件空气加湿器商品超声波制雾机芯空气加湿器结构
40
其它应用四 压电陶瓷器件
41
五 微波陶瓷器件
42
微波陶瓷五 微波陶瓷器件微波陶瓷 （ 介质 ） 是指应用于微波频段 （
300MHz~3000GHz） 电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷 。
3MHz 30MHz
300MHz 30GHz
3GHz 300GHz 3000GHz
中波 短波 超短波 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波 红外线微波主要通信频段
43
微波陶瓷性能要求五 微波陶瓷器件
1) 相对介电常数 εr
在微波频率下,相对介电常数 ε r要大,
ε r越大,介质元件尺寸可做得越小 。
44
微波陶瓷性能要求五 微波陶瓷器件
2) 品质因数 Q
在微波频率下,品质因数 Q要高 。 高 Q有利于获得良好的滤波特性及通讯质量 。
45
微波陶瓷性能要求五 微波陶瓷器件
3) 谐振频率温度系数 τf
τf要为零,以保证元器件的中心频率不随温度变化而产生漂移,提高器件的工作稳定性 。
f0 f0′ Frequency
t1 t2
pow
er
46
微波陶瓷应用五 微波陶瓷器件
谐振器件?介质波导?微波天线
微波滤波器?介质基片?介质电容器
47
信息功能陶瓷方面的论述作业要求：
1 在本领域中自由选题,如压电陶瓷,介电陶瓷,铁电陶瓷,微波陶瓷及其器件等
2 字数控制在 2000字左右
3 于 3月 20日交给上课教师
48
Thanks！
