氧化铝陶瓷概述.ppt

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1、第二节氧化铝瓷氧化铝瓷是一种以Al2O3为主要原料、以刚玉(—Al2O3)为主要矿物组成的陶瓷材料。1氧化铝瓷在电子技术领域中广泛用作真空电容器陶瓷、微波管输能窗的陶瓷组件、各种陶瓷基板及半导体集成电路陶瓷封装管壳等。它是电真空陶瓷的主要瓷种，也是生产陶瓷基板及多层布线封装管壳的一种基本陶瓷材料。2氧化铝陶瓷基片电子陶瓷32.1Al2O3瓷的类型和性能根据Al2O3含量来确定瓷的牌号。Al2O3含量在99％左右——“99瓷”，含量在95％和90％左右的依次称为“95瓷”和“90瓷”等等。Al2O3含量在85％以上的陶瓷通常称高

2、铝瓷，含量在99％以上的也称为刚玉瓷或纯刚玉瓷。4氧化铝陶瓷中，Al2O3含量越高，性能越好。但Al2O3含量越高，工艺要求越高，如烧结温度过高(99瓷烧结温度1800℃)，能耗大，对窑炉的要求也很高。5高铝瓷的烧结温度较高，为了降低烧结温度，降低成本，国内外也都研制并生产了Al2O3含量在75—85％之间的Al2O3陶瓷。习惯上把这种Al2O3陶瓷称为“75瓷”，广泛用作金属膜电阻和线绕可变电阻基体，厚膜集成电路基片，集成电路扁平封装管壳等。6Al2O3陶瓷的基本性能:介电常数一般在8～10，介质损耗小，导热系数，绝缘强度较高

3、，特别是高铝瓷具有极高的机械强度，其导热性能良好，绝缘强度高，电阻率高，介质损耗低，电性能随温度和频率的变化比较稳定。7Al2O3陶瓷的性能指标会因原料，配方和生产工艺的条件不同，在一定范围内变化。目前我国大量生产的Al2O3陶瓷是95瓷。75瓷的生产也比较普遍。此外还生产97瓷，99瓷，主要用作薄膜硅片或混合集成电路薄膜基片。8常用的氧化铝陶瓷为白色，但也有一些特殊要求，如一些器件为避免光照，应做成黑色，吸收可见光，可加入一些金属氧化物作为着色剂，生产黑色Al2O3陶瓷。有些氧化铝陶瓷由于加入一些着色氧化物，也会呈现一定的颜色

4、。这些颜色却不是预期的。92.2组成与性能间的关系瓷料组成与性能间的关系是我们设计或拟订瓷料配方的基本依据。氧化铝含量与陶瓷性能间有着密切的关系。而且其他添加剂对Al2O3瓷料性能也都会有不同程度的影响。10Al2O3瓷的烧结温度较高，瓷料(主要是瓷料中的一些加入物)的高温挥发性能也常常对陶瓷材料的生产和性能显示一定的影响。黑色Al2O3瓷的着色剂通常都是一些高温挥发性较强的氧化物。11一、瓷料高温下的挥发Al2O3瓷烧成温度较高，99瓷烧成温度1800℃，95瓷也都在1650℃～1700℃，因此配料组分挥发性的高低直接关系到陶

5、瓷材料的生产和利用。12(1)主成分Al2O3高温下挥发性较弱。(2)在99瓷中用作抑制晶粒生长，使瓷体具有细晶结构的加入物MgO，有较高的高温挥发性。当MgO结合成尖晶石时MgO·Al2O3，挥发速度有所降低。但挥发速度仍较明显。13(3)在99瓷、97瓷以及某些95瓷的生产中有时与MgO同时引入的La203，Y203等稀土氧化物的高温挥发性较弱。(4)Al2O3陶瓷的熔剂类加入物MgO，CaO，BaO，Si02，除CaO的高温挥发性较弱，其他几个氧化物的挥发性都较强。但挥发性较强的氧化物结合成复合氧化物（3Al2O3·2Si

6、02）时，挥发速度和挥发性有不同程度的降低。14(5)熔剂类加入物的如CaF2，B2O3等高温挥发性很强，既使在75瓷瓷料中引入少量CaF2，烧成后的瓷体也易出现针孔。(6)在Al2O3黑瓷生产中用作着色剂的FeO，MnO，CoO，NiO，Cr2O3等较低温度下就有明显挥发。黑色Al2O3瓷生产中必须考虑如何减少着色剂的挥发。15二、原料杂质对瓷料性能的影响1、Na2O工业氧化铝通常是用碱式法生产的，其中含有少量Na2O杂质。Na2O杂质的存在，与Al2O3形成－Al2O3化合物，使瓷体的电性能明显恶化，电阻率降低，tg↑，

7、Na2O对装置瓷非常有害。16Na2O加入以后，生成－Al2O3，－Al2O3是一种多铝酸盐，其结构为Na2O·11Al2O3，是由少数Al—O—Al键把“尖晶石基块”连接起来的层状结构，－Al2O3中的Na离子就处于“尖晶石基块”之间由少数A1—O—A1键支撑起来的空旷的空间内。17在电场作用下，Na离子在“尖晶石基块’’之间的(空旷地带)沿电场方向自由移动，表现了－Al2O3极显著的离子电导特性。正因为如此，－Al2O3呈现出明显的电导损耗和离子松弛损耗。这样，Al2O3瓷中－Al2O3的存在就导致了介质损耗角正

8、切值tg的显著提高。18改善措施：（1）加入粘土（主要成分SiO2），生成玻璃相让Na2O进入玻璃相。（2）加入粘土生成钠长石。（3）煅烧。对高铝瓷采用此方式，可使－Al2O3－Al2O3，在煅烧时加入一定量的硼酸与Na2O反应生成硼酸钠，是易挥发物质，