功能陶瓷产品概述
第一节 产品定义及应用特点
一、产品定义
功能陶瓷又称电子陶瓷，是指那些利用其电、磁、声、光、热、压力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷。原料一般采用氮化物、碳化物、硼化物等。
功能陶瓷的特点是品种多、产量大、价格低、应用广、功能全、技术高、更新快。借助离子交换，掺杂等方法调节，优化其性能。为提高材料的烧结性，均匀性和可靠性，发展了以溶胶-凝胶法等化学方法制备粉体原料以及烧结新技术，并相应地
研究了原料与陶瓷制备过程中的反应过程、表面与界面科学，显微结构的形成与变化以及这些因素对陶瓷性能的影响。
二、应用特点
1、功能陶瓷的应用
大名鼎鼎的超导陶瓷材料就是功能陶瓷的杰出代表。1987年美国科学家发现钇钡铜氧陶瓷在98K时具有超导性能，为超导材料的实用化开辟了道路，成为人类超导
研究历程的重要里程碑。压电陶瓷在力的作用下表面就会带电，反之若给它通电它就会发生机械变形。电容器陶瓷能储存大量的电能，目前全世界每年生产的陶瓷电容器达百亿支，在计算机中完成记忆功能。而敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、力等外界条件的变化而产生敏感效应：热敏陶瓷可感知微小的湿度变化，用于测温、控温；而气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测、控制、报警和空气调节；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，进行自动送料、自动曝光、和自动记数。磁性陶瓷是部分重要的信息记录材料。
此外，还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。
2、新型功能陶瓷—防静电陶瓷
新材料通常指在物理或化学性能方面具有超常性能的新型材料.新材料的研发通常在新技术或新兴工业的发展中具有举足轻重的地位.在当今世界新材料研发的领域,新功能陶瓷,金属和高分子有机新材料形成三足鼎立之势,同时它们又相互复合,相互渗透,成为新技术革命的重要支柱.
1）功能陶瓷又称特种陶瓷或精细陶瓷
按其应用功能分类,大体可分为高强度,耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类别.纳米陶瓷作为一种新型的高性能的复合陶瓷,已越来越受到世界各国科学家的高度关注.纳米陶瓷材料的发展是现代物理和先进技术结合的产物,是近年来发展起来的一门全新的科学技术,它将成为新世纪最重要的高新技术之一.纳米陶瓷的
研究与发展前景虽然非常诱人,但其技术的产业化还有很长的路要走,纳米技术己率先在提高陶瓷地砖的耐磨性和实现稳定的防静电性能方面取得了实质性和产业化的进展。
2）陶瓷地砖
这种应用最广的地坪铺垫材料能否融入现代科学技术而理所当然进入防静电地坪的行列呢这个课题曾吸引过众多学者和工程技术人员为之付出辛劳.陶瓷地砖的制造过程必要经历一千多度的高温烧结工序,这是通常的金属粉末或纤维和有机导电粉末都无法逾越的技术障碍.直到二十世纪九十年代初,我国的科学技术工作者在国内外完全没有成功经验可借鉴的情况下,通过在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料,经过1360度左右高温烧结成型,从而获得稳定可靠的防静电性能,成为一种新型特种陶瓷产品.这种新型的功能陶瓷地砖,具有普通建筑装修使用的耐磨砖完全相同的物理性能,具有良好的施工特性和丰富的质感,同时又具有耐久和稳定的防静电功能.以这种新型功能陶瓷与各种现行采用的活动地板进行复合制成的防静电活动地板一举解决了现行防静电活动地板防静电贴面材料防火性能及耐久性欠佳的老大难问题,此创新性技术于1996年成功申请了国家专利.陶瓷防静电地砖和陶瓷防静电地板系列产品投放市场后,改变了国内外防静电地坪贴面材料PVC以有机材料系列一统天下的格局.经过六年的不断改进,陶瓷防静电地砖系列产品质量稳定提高,配套的施工技术也日渐成熟,产品和工程遍布全国二十多个省(自治区),广泛进入了通信,计算机,航天,电子等一切静电防护的应用领域,还广泛用于智能建筑,洁净厂房,图书馆和展览场馆等.
3）防静电陶瓷系列产品
主要包括防静电瓷质地砖和以此为面层材料复合而成的金属-陶瓷复合防静电活动地板两大类.前者是以防静电瓷质地砖和与之配套开发的垫衬,粘贴,导静电连接和接地等工艺方法直接铺贴在地面,形成一个完整的防静电地坪系统.对于有下走线要求的场所,还可以设置深度约为5公分的预埋并可方便设备扩容和检修的线槽.这类防静电瓷质地砖多用于电子厂房和大型机房及军火仓库等,其特点是施工方便,造价低廉,防静电性能稳定,耐久性好,可行走轻型室内运输车辆(包括叉车).此外,由于它是典型的A级不燃材料,尤其是对防火要求较高的枢纽机房更独具优势.金属-陶瓷复合防静电活动地板在当今世界上对防静电,防火及其耐久性同时提出严格要求的场所无疑是独领风骚的。
回顾我国功能陶瓷
行业的发展，20年前只有山东大学、清华大学、华南工学院、天津大学、四川大学、上海科大等几所大学设有压电材料及应用的专业，上海硅酸盐
研究所、中电科技集团第7
研究所和第26
研究所等建有压电陶瓷材料和应用
研究室，生产厂家只有山东淄博无线电陶瓷厂，主要开展的项目大多与军用产品有关。涉及民用的产品只有大量生产的压电陶瓷蜂鸣器和点火器，小量用于邮电通信的多片陶瓷滤波器、机械滤波器、用于水声和超声的压电陶瓷换能器等。
为了适应各类器件对材料性能的不同要求，材料
研究人员广泛进行了改性添加剂的
研究，开发出了大量高性能陶瓷材料。
1、钛酸铅陶瓷(PT)
上世纪90年代末，为了满足制造10MHz以上高频陶瓷滤波器和陶瓷谐振器的需要，材料
研究人员通过对钛酸铅陶瓷材料用少量氧化镧取代，并适量添加锰、铌、铈离子，得到了高频响应好、温度稳定性优良的改性钛酸铅陶瓷材料，其电性能与日本村田同期同类材料相当。同时还
研究出了适合用于高温超声换能器的钛酸铅压电陶瓷材料，成功用于高温使用环境的石油深井探测和流量计等。
2、锆钛酸铅陶瓷(PZT)
上世纪80年代，江西景德镇999厂和上海无线电一厂同时引进日本村田压电陶瓷频率元件生产线，主要原材料靠日本提供，这给国内的大批量生产和降低成本造成了较大的困难，为了打破外国封锁，通过对PZT材料进行研发和改进，很快实现了材料配方的国产化，自主开发的PZT压电陶瓷材料电性能指标完全达到要求。接着又
研究出多种适合不同带宽的PZT压电陶瓷材料。
3、三元系陶瓷
近20年来，我国在三元系压电陶瓷材料的改性
研究方面做了大量的继续
研究工作，试验了多种元素的组合取代和添加，拓展出许多改性三元系、四元系和多元系材料，如：PCM-PZT、PMS-PZT、PNZ-PNS—PZT、PMS-PNZ-PNS—PZT等，这些材料具有不同的性能，能满足各种需要，使压电陶瓷的应用面得到快速扩展。
4、无铅压电陶瓷
上述压电陶瓷均含有大量的铅，制造过程会导致环境污染，为了减少污染，国内外科研人员开展了无铅系压电陶瓷的
研究，与含铅系压电陶瓷材料相比、无铅系压电陶瓷的性能明显不同于含铅压电陶瓷，如无铅系压电陶瓷的居里点约高出200℃～300℃，介电常数仅140～150，机械品质因数高达4000～7000。但是，无铅压电陶瓷的机电耦合系数等性能远不如含铅陶瓷，加之制造工艺难以控制，故无铅压电陶瓷仅在一些特定领域应用，其
研究工作仍在进行中。
5、应用快速渗透
经过20年的发展，当今，压电陶瓷产品门类齐全，不仅广泛用于军事和工业领域，还渗透到了人们日常生活的每个角落。其应用领域主要涉及以下5个方面：
第一，频率控制器件。近几年发展较快的有陶瓷谐振器、陶瓷滤波器，还有调谐音叉滤波器、机械滤波器、陶瓷鉴频器、陷波器和延迟线。其中陶瓷谐振器、陶瓷滤波器产量已经占我国压电陶瓷产品的65%以上，相当引人注目。特别是陶瓷谐振器具有高稳定、无需调节、尺寸小和成本低等特点。典型的应用有：电视机、摄录像机、计算机、CD-ROM驱动器、汽车电器、VCD、电话机、复印机、语音合成器、遥控器和玩具等。
第二，压电超声换能器。压电超声换能器是发射和接收超声波的声学器件，在水和空气介质中广泛应用。在水声通信中起雷达的作用，被称为声呐，是各类舰船必不可少的重要传感器。在工业中，超声换能器已被用于超声清洗、超声精密加工、超声加湿、超声乳化、超声种子处理、超声探伤和超声诊断等。当今，压电超声换能器的另一广泛应用领域是遥测、遥控系统和报警系统。
第三，压电发声器。压电发声器的典型产品是压电蜂鸣器和压电送、受话器、手表、计算器、电子闹钟、小型警铃以及电话、手机的振铃都离不开蜂鸣器。带有晶体管振荡电路和直流电源的蜂鸣器可发出连续声音，带有开关电路的蜂鸣器可发出断续声音，属于声换能器的水下微音器和扬声器还可用来驱赶或引诱鱼群。
第四，计测和控制用压电器件。计测和控制用压电器件主要有压力、加速度、角速度传感器以及超声测深、超声测厚、超声测流速、超声诊断等。
第五，压电点火器和压电变压器。1965年开始批量生产压电点火器，近20年来得到了更快的发展，我国目前几乎所有煤气灶、浴室煤气锅炉、煤气房间加热器、煤气热水器和香烟打火机都用压电点火器。压电变压器具有结构简单、尺寸小、变压比高、机电转换效率高、无电磁干扰和安全等优点，故用于静电除烟器、负离子发生器、静电涂覆设备、静电复印机、电场治疗仪和液晶背光源等。
6、声表面波形成完整体系
声表面波器件是电子陶瓷领域一个热门产品。声表面波(SAW)是沿物体表面传播的一种弹性波，我国声表面技术的开发从1970年开始，经过了37年的
研究和发展，已基本形成了从理论
研究、晶体材料生长加工、器件设计和生产以及系统应用的完整体系。
我国声表面波技术的发展大致可以分为3个阶段：第一阶段，声表面波技术应用于军事领域开发与应用。声表面波技术开发的最初动力各国都来源于国防军事领域，我国也不例外；雷达、通信、导航和电子对抗等均采用了各种各样的SAW信号处理器件。第二阶段，声表波技术应用于广播电视领域。第三阶段，声表面波技术应用于现代通信。
声表面波在我国经历了30多年的发展，涌现了30多家大大小小的生产企业，虽然厂家众多，但技术水平和生产规模有限，除中电科技的第26、55
研究所、德清华莹电子有限公司、无锡好达电子有限公司等在生产技术、规模和产品种类上有一定的优势外，余者规模小，主要以生产电视中频滤波器、谐振器以及对讲机滤波器等工艺要求相对较低的产品为主，产品价格低廉。
从产品的封装上看，电视中频声表面波滤波器由金属封装朝塑壳封装方向发展，由于塑壳封装具有体积小、重量轻的特点，特别是在一体化高频头中可以体现其优势，国内很多生产企业都开发了自己的塑封产品，从规模上看，无锡好达电子有限公司和中电科技德清华莹电子有限公司在塑封产品上占据了较大的市场份额。
SMD产品目前国内能批量化生产的最小尺寸是3mm×3mm，主要生产单位有中电科技的55所、德清华莹、26所和无锡好达电子有限公司等。现RF滤波器的主流产品封装都是采用2.5mm×2.0mm以下的倒装焊技术，故国内目前SAWRF滤波器生产受到了很大的限制，由于成本、技术等因素，国内几家有实力的
研究所和生产企业都还无在缩小产品封装上进一步投入的计划，南阳金冠集团曾投入了部分倒装焊设备，但还不具生产能力。
我国声表面波产品的基础
研究特别是低损耗设计技术，目前主要以中电科技第26
研究所、南京大学以及中科院声学所3家科研机构为主力，另外中电科技德清华莹、55所和无锡好达等单位也具备一定的产品开发能力。
我国的声表面波
行业和国外相比，总体存在不小的差距。产品研发没有太多的科研机构和大专院校作为技术支撑，缺乏一支基础
研究的队伍，由于市场竞争的因素，各单位各自为政，缺乏学术交流，很多小企业不具研发能力。从生产技术和生产规模上看，和国际上的一些知名公司如EPCOS、Murata、Fujistu、SANYO等相比还存在着很大差距，包括封装技术、自动化程度、工艺水平、生产规模等。
随着市场竞争加剧，目前整个声表产业的赢利普遍不高，最大市场手机RF滤波器已经在维持水平上生产，失去了投资机会。要想未来在
行业里有一定生存地位，必须通过自己的技术进步，不断提高产品成品率、降低生产成本、提高产品质量，增强规模化生产能力。我们认为，我国声表面波
行业在未来发展上，可以做以下几方面工作：第一，加强
行业内相互合作和资源整合。第二，扩大国际技术合作。第三，积极探索新的应用领域。声表面波技术除了目前的常规应用外，还有在传感器、射频设别(RFID)等方面的一些特殊用途。
免责申明：本文仅为中经纵横
市场研究观点，不代表其他任何投资依据或执行标准等相关行为。如有其他问题，敬请来电垂询：4008099707。特此说明。
