《陶瓷材料》课程教学资源（PPT课件）第六章 功能陶瓷 6.3 绝缘陶瓷

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 一精密绝缘陶瓷在的应用 绝缘材料在电气电路或电子电路中所起作用主 要是根据电路设计要求将导体物理隔离，以防 电流在它们之间流动而破坏电路正常运行。 。绝缘材料还起着导体的机械支持、散热及电路 环境保护等作用

一 精密绝缘陶瓷在的应用 ⚫ 绝缘材料在电气电路或电子电路中所起作用主 要是根据电路设计要求将导体物理隔离，以防 电流在它们之间流动而破坏电路正常运行。 ⚫ 绝缘材料还起着导体的机械支持、散热及电路 环境保护等作用。 6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 绝缘陶瓷

6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷 绝缘陶瓷

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 绝缘陶瓷分为氧化物绝缘陶瓷和非氧化物绝 缘陶瓷。 ●绝缘陶瓷它必须具备如下性能： (1)体积电 阻率(p)≥1012Ωcm:（2)相对介电常数 (εr)s30:(3)损耗因子(tg)s0.001:(4) 介电强度（心S)≥5.0kV/mm

⚫ 绝缘陶瓷分为氧化物绝缘陶瓷和非氧化物绝 缘陶瓷。 ⚫ 绝缘陶瓷它必须具备如下性能：（1）体积电 阻率(ρ) ≥1012Ω·cm; （2）相对介电常数 (εr)≤30; （3）损耗因子(tgδ)≤0.001;（4） 介电强度(DS)≥5.0kV/mm。 6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 除上述性能外，绝缘陶瓷还应具有良好导热 性、与导体材料尽可能一致热膨胀性、耐热 性、高强性及化学稳定性等。 ●与传统绝缘陶瓷相比，精密绝缘陶瓷则是后 起之秀，它在近代电子技术中所起的作用是 前者无法比拟

⚫ 除上述性能外，绝缘陶瓷还应具有良好导热 性、与导体材料尽可能一致热膨胀性、耐热 性、高强性及化学稳定性等。 ⚫ 与传统绝缘陶瓷相比，精密绝缘陶瓷则是后 起之秀，它在近代电子技术中所起的作用是 前者无法比拟。 6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 。在当今世界上，每年要制造数百亿件质量相 当高的集成电路，其中约20%要采用精密绝 缘陶瓷基片。 ●在计算机集成电路中采用多层绝缘陶瓷基片 与封装材料可以使高速计算机的工作效率翻 番，其价值超过了陶瓷自身所具价值的成千 上万倍

⚫ 在当今世界上，每年要制造数百亿件质量相 当高的集成电路，其中约20%要采用精密绝 缘陶瓷基片。 ⚫ 在计算机集成电路中采用多层绝缘陶瓷基片 与封装材料可以使高速计算机的工作效率翻 番，其价值超过了陶瓷自身所具价值的成千 上万倍。 6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 二绝缘陶瓷的性能与特征 (一)离子导电和绝缘性 ●固体能带中那些被电子完全占满的叫满带，未 被电子占据的叫导带，满带和导带之间称之为 禁带。如果禁带宽度足够大，满带的电子就难 以被激发而超越禁带进入导带，固体便成为典 型的绝缘体

二 绝缘陶瓷的性能与特征 （一）离子导电和绝缘性 6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 固体能带中那些被电子完全占满的叫满带，未 被电子占据的叫导带，满带和导带之间称之为 禁带。如果禁带宽度足够大，满带的电子就难 以被激发而超越禁带进入导带，固体便成为典 型的绝缘体

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 实际上，理想的绝缘体只有在绝对零度 时才能获得。这与高温时半导体的性质 相似，只不过绝缘体的禁带宽度比半导 体大（绝缘体的禁带宽度约4~5eV,半 导体约为1eV左右)

6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫实际上，理想的绝缘体只有在绝对零度 时才能获得。这与高温时半导体的性质 相似，只不过绝缘体的禁带宽度比半导 体大（绝缘体的禁带宽度约4~5eV，半 导体约为1eV左右）

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 ●因为绝缘体禁带宽度很大，激发电子需很大 能量，在室温附近，实际上可认为电子几乎 不迁移。很多绝缘陶瓷是典型离子晶体或共 价晶体，在此情况下，对具有足够宽度禁带 区绝缘陶瓷而言，离子导电就变得十分重要 了，这是通过离子扩散而发生的导电行为

6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 因为绝缘体禁带宽度很大，激发电子需很大 能量，在室温附近，实际上可认为电子几乎 不迁移。很多绝缘陶瓷是典型离子晶体或共 价晶体，在此情况下，对具有足够宽度禁带 区绝缘陶瓷而言，离子导电就变得十分重要 了，这是通过离子扩散而发生的导电行为

6.3绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 一般离子电导率0，可用下式表示： oi=nqui (6-33) n:单位体积中可迁移的离子数；q:离子 的电荷：离子的迁移率。 9D, 4= (6-34) kT D:离子的扩散系数；k:玻耳兹曼常数；T: 绝对温度(K)

一般离子电导率  i 可用下式表示：  i = nq i （6-33） n：单位体积中可迁移的离子数；q：离子 的电荷；  i ：离子的迁移率。 kT qDi i = （6-34） Di：离子的扩散系数；k：玻耳兹曼常数；T： 绝对温度 (K)。 6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.3 绝缘陶瓷 第六章功能陶瓷 而D可由下式给出： (6-35) 式中，E:激活能；A:频率系数。 E 由式(6-33)~(6-35)及1gT<k 可导出下式： E lgo,≈常数- kT (6-36) 由式（6-36)可知，离子导电率随温度的升高呈 指数增加

而Di可由下式给出：       = − k T E Di Aexp （6-35） 式中，E：激活能；A：频率系数。 由式（6-33）~（6-35）及lgT<< kT E ，可导出下式： k T E lg  i  常数 − 由式（6-36）可知，离子导电率随温度的升高呈 指数增加。 （6-36） 6.3 绝缘陶瓷 第六章 功能陶瓷