Керамика

Под керамикой понимают большую группу диэлектрических материалов с самыми разнообразными свойствами, объединённых общностью технологического цикла формирования. Эта общность обуславливается наличием в процессе изготовления высокотемпературного обжига исходного сырья.

Керамические диэлектрики обладают огромным количеством достоинств, отличающих их от других материалов:

1.Высокая нагревостойкость;

2.Отсутствие у большинства керамических материалов гигроскопичности;

3.Хорошие электроизоляционные свойства;

4.Достаточная для выполняемых функций механическая прочность;

5.Стабильность характеристик и надёжность;

6.Стойкость к воздействию излучений высоких энергий;

7.Устойчивость к воздействию биологических факторов;

8.Дешевизна сырья.

Очевидным достоинством является то, что мы можем заранее спланировать изменение свойств и параметров керамического изделия путём незначительного изменения состава сырья.

Керамика состоит из двух основных фаз:

1.Кристаллическая, которую образуют различные химические соединения. От неё зависят такие характеристики, как: диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая прочность, диэлектрические потери, ТКЛР и механическая прочность.

2.Стекловидная, представляющая собой прослойку стекла, связующую кристаллическую фазу. Отвечает за степень пластичности при формировании, степень пористости, плотность, гигроскопичность.

Этапы технологического процесса.

I. Тщательно измельчить и перемешать исходные компоненты.

II. Пластифицировать с образованием формовочного полуфабриката (используется спирт).

III. Из полуфабриката произвести формирование заготовок.

IV. Сушка и спекание (высокотемпературный обжиг).

Классификация и свойства керамических материалов

Выделяют электроизоляционные или установочные и конденсаторные виды керамики.

По электрическим свойствам все установочные керамические материалы делятся на низкочастотную и высокочастотную керамику.

Из низкочастотных наиболее распространенным является фарфор (изготавливается из специальных сортов глины и отличается высокими диэлектрическими потерями при довольно приличных остальных свойствах). В радиофарфоре снижены диэлектрические потери за счёт введения окиси бария. Ультрафарфор – высокочастотный диэлектрик с высоким содержанием Al₂O₃. Большое распространение получил УФ46.

Корундовая керамика на 95-98% состоит из Al₂O₃, является ВЧ диэлектриком с очень малыми потерями, но отличается крайне плохой механической обрабатываемостью. Данная керамика используется в качестве изоляторов вакуумных приборов и в качестве основы металлокерамических микроэлектронных изделий (микросхем).

Для изготовления подложек интегральных микросхем используется разновидность алюмооксидной керамики под названием поликор. Его отличает высокая плотность вещества (большое содержание стекловидной фазы), что позволяет получить поверхность очень гладкую и высокого качества. По сравнению с ситалловыми и стеклянными, подложки из поликора отличаются высокой теплопроводностью.

Все перечисленные материалы крайне редко используются в качестве конденсаторных. К ни так же можно отнести цельзиановую керамику (BaO·Al₂O₃·2SiO₂); стеотитовую керамику (3MgO·4SiO₂·H₂O), форстерритовую керамику (2MgO·SiO₂).

К канеденсаторным керамическим диэлектрикам относят материалы на основе титана (тиконды). В качестве материалов для изготовления используют оксид титана TiO₂, титанат стронция SrTiO₃, титанат кальция CaTiO₃.