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电子陶瓷材料的研究应用现状及其发展趋势

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第21期作者：韩立强

[导读] 摘要：电子陶瓷是电子设备制造应用的一种新型陶瓷产品，常用于元件的安装、固定、支撑、保护、绝缘等操作中。

        绵阳市维奇电子技术有限公司四川省绵阳市 621000
        摘要：电子陶瓷是电子设备制造应用的一种新型陶瓷产品，常用于元件的安装、固定、支撑、保护、绝缘等操作中。而随着现代电子信息技术的快速发展，各类数字化信息产品对电子陶瓷材料的要求也发生了一定的改变，而且很多设备都对电子陶瓷元器件提出了特殊要求，如此势必需要加强对陶瓷新材料的研究。本文将就电子陶瓷材料的研究应用现状进行阐述，并分析其未来发展趋势。
        关键词：电子陶瓷；发展趋势；5G；集成；功能
        电子陶瓷是指以电、磁、光、声、热、力、化学以及生物等信息的检测、转变、耦合、传输和存储等功能为主要特征的陶瓷材料，其在现如今电子产品制造领域占据着重要的地位。近些年来，在国家的扶持和推动之下，我国电子陶瓷材料的研究以及产业化发展都取得了明显的进展，但产品的附加值以及技术含量与发达国家相比仍旧存在一定的差距。
        一、电子陶瓷材料的研究应用现状分析
        （一）现今电子陶瓷材料的主要分类
        以功能和用途为标准，可将现今的电子陶瓷分为以下几种：
        其一，绝缘装置瓷，即拥有良好电绝缘性能的电子陶瓷，主要用作电子设备的结构器件，如封装外壳、集成电路基片、绝缘子、电子管座等。
        其二，电容器陶瓷，即用作电容器介质的电子陶瓷，其在高频、低频以及半导体电容器中都有所应用，因此需求量很大、产品的品格规格也很多样化。这种电子陶瓷是采用以碱土金属或稀土金属的钛酸盐和以钛酸为基的固溶体为材料制作的。
        其三，铁电陶瓷或压电陶瓷。这类电子陶瓷示意铁电性晶体为主要材料制作而成的，虽然现如今已经发现的铁晶体数量已经高达上千种，但满足条件的很少，其中比较常用的有钙钛矿、准钙钛矿出产的铁电晶体。在一定稳固范围内，该中晶体能够随着外加电场方向的转变完成自发极化。这类电子陶瓷的用途十分广泛，多用作压电器件，因之也被称作压电陶瓷。采用压电陶瓷制作的压电元件主要有传感器、医疗诊断设备、报警器、音响设备等。其中以压电陶瓷为敏感材料制作的地震仪能够较为精准的预测地震，以压电陶瓷制作的超声波发射器在海洋探测、水下导航、医学成像、固体探伤等方面发挥着显著的作用。除此之外，压电陶瓷在自动控制、办公自动化、微型机械系统、精密仪器等诸多领域也都有所应用。
        其四，半导体陶瓷，即采用陶瓷工艺成型的多晶体陶瓷材料，这类电子陶瓷的种类较多，不仅有如氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等单一化学物构成的单相陶瓷，也有两种及以上化合物构成的复合陶瓷。
        （二）电子陶瓷的应用前景分析
        就目前来看，电子陶瓷的应用已经从传统的电子产品专项数字化领域，3C电子以及5G基站将是其未来应用的两个重要领域。
        3C电子是指集合计算机、通信以及消费类电子与一体的数字化产品，这一产业的蓬勃发展改变了现今电子基础产品和元器件的发展格局，而信息功能陶瓷作为电子元器件的基础材料，也因此获得了良好的发展。电子陶瓷在3C电子领域的应用主要集中在智能手机和智能手表等移动终端上。目前，5G已经在我国初步铺展，在全国范围内的多个城市开展了试运营。在不远的将来，我国必然会进入5G全面建设阶段，届时5G手机将大范围普及。与此同时，智能穿戴市场也迎来了发展契机，据可靠预测，到2022年，我国可穿戴设备的出货量将激增至11000台以上，电子陶瓷的应用前景十分广阔。

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        而在5G基站建设方面，光纤连接器、光源器件都会使用到一种电子陶瓷制品，陶瓷插芯。在该领域，电子陶瓷相较于其他材料，如玻璃、氧化铝等，具有显著的优势，包括理化性能稳定、热匹配性良好等。随着5G商用的不断推进，我国5G基站的建设将会全面铺展开来，如此就会产生大量的光纤陶瓷插芯需求。
        二、电子陶瓷未来发展趋势分析
        （一）陶瓷器件的微型化
        现如今移动通信以及微信通信均对器件提出了小型化和微型化的需求，电子陶瓷材料是目前电子元器件使用最广泛的一种材料，因此器件的小型化最终都会落到电子陶瓷的小型化，这是市场发展对电子陶瓷提出的全新要求。片式化功能陶瓷元器件占据了当前电子陶瓷无源器件的主要市场，如片式压敏电阻、片式电感器件、压电陶瓷变压器等。
        （二）技术的集成化
        根据前文可知，未来电子元器件的微型化和小型化发展对电子陶瓷材料提出了更高的要求，这必然会使电子陶瓷材料的制备呈现出多种技术集成化的趋势，而现如今已经出现的纳米陶瓷制备技术、纳米陶瓷原料、快速成型和烧结技术等为高性能电子陶瓷材料的制备和开发奠定了坚实的基础。而多功能化、高集成化、全数字化以及低成本化的发展则为电子元器件的小型化、微型化以及功能集成化发展创造了良好的条件。
        （三）功能复合化
        以目前电子信息市场的发展情况来看，所有企业都面临着巨大的竞争压力，这推动其从技术、成本、质量等多个方面做出改善，以期能够在市场上占据一席之地。在这样的背景下，单一性能的电子陶瓷器件逐渐面临着被淘汰的境地，将电子陶瓷与半导体、金属等材料结合起来，开发复合型电子陶瓷才能够更好的满足新时期电子元器件制造的要求。
        （四）产品的高频化
        现如今移动通信技术已经发展到第五代，远距离通信变得越来越普遍，而该领域技术发展对微波陶瓷介质材料以及微波谐振器、微波滤波器、微波电容器均提出了更为广阔的需求，因此在数字3C电子蓬勃发展的当下，高频化是电子陶瓷的必经之路。
        （五）环保无害化
        可持续发展是现阶段我国经济产业发展的核心理念，环保则是实现可持续发展的一项基本要求，因此电子陶瓷的发展也应该遵循可持续发展原则，尽可能在性能优化的基础上实现环保无害化。如现今的压电陶瓷中含有铅成分，可在后续的研发中尝试剔除，避免环境污染。
        结束语：
        综上所述，现代电子信息产业的发展对电子陶瓷材料提出了更高且更多的要求，对此，我国应进一步加强电子陶瓷材料的研发，提高技术水平，进而建构具有自主知识产权的新型信息高新技术产业体系，实现3C产业国际竞争力的提升。
        参考文献：
        [1]李婷. 令人关注的工业电子陶瓷材料及其应用[J]. 陶瓷,2016(01):20-26.
        [2]石成利,刘国. 电子陶瓷材料的研究应用现状及其发展趋势[J]. 陶瓷,2008(03):11-16.
        [3]宋维东. 电子陶瓷的应用现状及发展前景[J]. 中国粉体工业,2020(03):24-27.