Jak wykorzystuje się ceramikę w elektronice?
W ostatnich latach, korzystając z popularyzacji i rozwoju telekomunikacji, komputerów, liczników elektronicznych, sprzętu AGD i technologii obwodów cyfrowych, zapotrzebowanie rynku na elektroniczne komponenty ceramiczne wzrasta. W 2014 roku wartość światowego rynku ceramiki elektronicznej była warta 20,59 miliarda dolarów, a w 2024 roku ma osiągnąć 134,6 miliarda dolarów.
Ceramika elektroniczna ma doskonałe właściwości, takie jak odporność na wysoką temperaturę, dobre odprowadzanie ciepła, wysoką niezawodność i lekkość. Mają nieporównywalne zalety tradycyjnych materiałów. Ceramika elektroniczna stała się już niezbędnym, podstawowym materiałem do produkcji elementów elektronicznych.
Ceramikę elektroniczną można podzielić na pięć kategorii w zależności od jej funkcji i zastosowań: ceramika izolacyjna, ceramika kondensatorowa, ceramika ferroelektryczna, ceramika półprzewodnikowa i ceramika jonowa.
Urządzenie izolacyjne ceramiczne
Ceramika elektroniczna ma doskonałe właściwości elektroizolacyjne i jest stosowana jako ceramika elektroniczna na części konstrukcyjne, podłoża i obudowy sprzętu i urządzeń elektronicznych. Ceramika urządzeń izolacyjnych obejmuje różne izolatory, szpule cewek, uchwyty lamp elektronicznych, przełączniki taśmowe, wsporniki kondensatorów, podłoża obwodów scalonych i osłony opakowań itp.
Podstawowe wymagania dla tego typu ceramiki elektronicznej to niska stała dielektryczna, niska strata dielektryczna, wysoka rezystywność izolacji, wysoka wytrzymałość na przebicie oraz dobre właściwości temperaturowe i częstotliwościowe dielektryka. Ponadto wymagana jest również większa wytrzymałość mechaniczna i stabilność chemiczna.
Ceramika kondensatorów
Ceramikę elektroniczną można stosować jako materiały dielektryczne w kondensatorach. Według różnych materiałów ceramicznych, kondensatory ceramiczne można podzielić na kondensatory ceramiczne o niskiej częstotliwości i kondensatory ceramiczne o wysokiej częstotliwości. Sklasyfikowane według struktury, można je podzielić na kondensatory waflowe, kondensatory rurowe, kondensatory prostokątne, kondensatory chipowe, kondensatory z rdzeniem przelotowym itp.
Ceramika ferroelektryczna
Wykorzystując jego właściwości piezoelektryczne, można je przekształcić w urządzenia piezoelektryczne, co jest głównym zastosowaniem ceramiki ferroelektrycznej, dlatego ceramika ferroelektryczna jest często nazywana ceramiką piezoelektryczną.
Właściwości piroelektryczne ceramiki ferroelektrycznej można wykorzystać do budowy detektorów podczerwieni, które mają ważne zastosowania w pomiarze temperatury, kontroli temperatury, zdalnych pomiarach, teledetekcji, a nawet w biologii i medycynie. Typowa ceramika piroelektryczna zawiera tytanian ołowiu (PbTiO3) i tak dalej.
Wykorzystując silny efekt elektrooptyczny przezroczystej ceramiki ferroelektrycznej PLZT, można wyprodukować nowe urządzenia, takie jak modulatory laserowe, wyświetlacze fotoelektryczne, optyczne przechowywanie informacji, przełączniki optyczne, czujniki fotoelektryczne, przechowywanie i wyświetlacze obrazu oraz okulary ochronne przed promieniowaniem laserowym lub jądrowym
Ceramika półprzewodnikowa
Ceramika elektroniczna z półprzewodnikowymi ziarnami kryształów i izolującymi (lub półprzewodnikowymi) granicami ziaren poprzez środki półprzewodnikowe, dzięki czemu zapewnia silną barierę międzyfazową i inne właściwości półprzewodników.
Istnieje wiele rodzajów ceramiki półprzewodnikowej, w tym różne termistory o ujemnym współczynniku temperaturowym wykonane z natury ziaren kryształów w ceramice półprzewodnikowej; kondensatory półprzewodnikowe wykonane na bazie granic ziaren, warystory ZnO i termistory o dodatnim współczynniku temperaturowym serii BaTiO3. Rezystory, ogniwa słoneczne CdS/Cu2S; oraz różne ceramiczne rezystory wrażliwe na wilgoć i rezystory wrażliwe na gaz wykonane z właściwości powierzchniowych.
Ceramika jonowa
Ceramika elektroniczna o szybkim przewodnictwie jonowym. Charakteryzuje się szybkim dostarczaniem jonów dodatnich. Typowym przedstawicielem jest porcelana β-Al2O3. Przewodność jonowa tego rodzaju ceramiki może osiągnąć 0,1/(om·cm) przy 300℃, co można wykorzystać do wytworzenia bardziej ekonomicznych akumulatorów litych o wysokim współczynniku energii, a także do wytworzenia kondensatora o powolnym rozładowywaniu i dużej gęstości magazynowania energii. Jest materiałem pomagającym rozwiązywać problemy energetyczne.
