滑石质介电陶瓷的制备及性能分析

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集成电路是把很多微小电路元件组合在一块基片上构成的超小型电路,以半导体材料为基片的半导体集成电路的产量很大,处于现今电子技术的中心地位。半导体集成电路通常被封装在集成电路管壳内,以保护集成电路不受外界机械损伤和化学侵蚀。大部分廉价的集成电路是用塑料封装的,但塑料透水(水是集成电路之大敌)且又因与集成电路材料的热膨胀系数相差较大而产生应力的缺点。因此可靠性要求高的集成电路以及在较严格的环境中使用的集成电路必须采用陶瓷管壳。目前市场上这类瓷主要以氧化铝瓷为主。随着材料技术的发展,迄今性能特长尚未充分发挥出来的材料,由于原料的合成和制造工艺的发展,变成高性能、廉价实用材料的可能性越来越大。特别是文中滑石瓷,基本都能由地球上大量存在的物质合成,从它的特殊性质和改性效果来看,有希望低于氧化铝的成本而达到实用化。本文正是研究了经高温焙烧后具有优良性能的滑石质介电陶瓷的制备条件及性能影响因素,在文中也对电子陶瓷的基本相关理论知识做了简要的介绍,包括电子和离子的位移极化、松弛极化分别对介电常数和介质损耗的影响,并通过克劳修斯—莫索里方程、德拜公式分析不同电场下介电常数和介质损耗的影响因素。实验以质优价廉的辽宁海城滑石和粘土为主要原料,以几种碳酸盐和氧化物做辅助原料, 在常压1280℃的高温下,采用高温固相反应法人工合成了滑石质介电陶瓷。利用XRD、IR、DSC、SEM、介质损耗测试仪、万能材料实验机等仪器的测试发现,通过对瓷料配方的细微改变而导致了烧成的瓷坯性能的重大差别,本文对此加以了重点详细的讨论。实验首先通过不断改变掺杂剂的种类和相对数量来确定瓷料的最佳配方,在此过程中摸索得到滑石瓷各种工艺要点,包括煅烧温度和时间确定、升降温机制、球磨介质和表面活性剂以及成型时增塑剂的选择等等;并通过对不同条件球磨后粉体的δ电位、<WP=51>白度、XRD等测试分析粉体表面特征。最后经过近百次的实验和测试分析,以MnCO3、ZnO的对比掺杂来讨论瓷坯性能的变化。实验证实:掺杂Mn2+的陶瓷由于Mn2+置换MgSiO3中的Mg2+,形成固溶体,使晶粒间接触更紧密、大小更均匀,使其在介电性能上起到良好的稳定作用。实验过程中,将氧化锰与氧化锌混合,经烧结制成锰锌氧化物用作掺杂物。生产中常加入MnCO3,使之受热时分解放出CO2气体,得到初生态的锰的氧化物,可增加活性。掺杂Zn的陶瓷烧结时明显增加液相量,抑制晶粒生长,拉宽了滑石瓷的烧成温度范围,降低烧结温度,使其更容易加工成型。这些都可以有效地防止滑石瓷的老化和粉化。实验结果表明,影响陶瓷性能的主要因素不仅包括原料成分和结构,晶型转变、粉体的表面特征、玻璃相的多少也是主要的影响因素。测试结果表明:经过以上掺杂后烧成的滑石陶瓷具有致密性好、气孔率小、静态抗弯强度高、化学稳定性较好、耐酸、耐碱、耐腐蚀和电性能优良等优点,能够满足作为介电陶瓷的滑石瓷各项性能的要求。
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