Comment la céramique est-elle utilisée en électronique ?
Ces dernières années, bénéficiant de la vulgarisation et du développement des communications, des ordinateurs, des compteurs électroniques, des appareils électroménagers et des technologies de circuits numériques, la demande du marché pour les composants électroniques en céramique augmente. En 2014, le marché mondial de la céramique électronique représentait 20,59 milliards de dollars américains et devrait atteindre 134,6 milliards de dollars américains en 2024.
Les céramiques électroniques ont d'excellentes propriétés telles qu'une résistance aux températures élevées, une bonne dissipation thermique, une fiabilité élevée et un poids léger. Ils présentent les avantages incomparables des matériaux traditionnels. Les céramiques électroniques sont déjà devenues un matériau de base indispensable à la fabrication de composants électroniques.
Les céramiques électroniques peuvent être divisées en cinq catégories selon leurs fonctions et leurs utilisations : les céramiques isolantes, les céramiques de condensateurs, les céramiques ferroélectriques, les céramiques semi-conductrices et les céramiques ioniques.
Dispositif d'isolation en céramique
Les céramiques électroniques ont d'excellentes propriétés d'isolation électrique et sont utilisées comme céramiques électroniques pour les pièces structurelles, les substrats et les boîtiers des équipements et dispositifs électroniques. La céramique des dispositifs d'isolation comprend divers isolateurs, bobines de bobine, supports de tubes électroniques, commutateurs de bande, supports de condensateur, substrats de circuits intégrés et coques d'emballage, etc.
Les exigences de base pour ce type de céramique électronique sont une faible constante diélectrique, une faible perte diélectrique, une résistivité d'isolation élevée, une résistance élevée au claquage et de bonnes caractéristiques diélectriques de température et de fréquence. De plus, une résistance mécanique et une stabilité chimique plus élevées sont également requises.
Céramique de condensateur
Les céramiques électroniques peuvent être utilisées comme matériaux diélectriques pour les condensateurs. Selon les différents matériaux céramiques, les condensateurs céramiques peuvent être divisés en condensateurs céramiques basse fréquence et condensateurs céramiques haute fréquence. Classé par structure, il peut être divisé en condensateurs à tranches, condensateurs tubulaires, condensateurs rectangulaires, condensateurs à puce, condensateurs traversants, etc.
Céramiques ferroélectriques
Grâce à ses propriétés piézoélectriques, il est possible de fabriquer des dispositifs piézoélectriques, qui constituent la principale application des céramiques ferroélectriques. Les céramiques ferroélectriques sont donc souvent appelées céramiques piézoélectriques.
Les propriétés pyroélectriques des céramiques ferroélectriques peuvent être utilisées pour fabriquer des détecteurs infrarouges, qui ont des applications importantes dans la mesure de la température, le contrôle de la température, la télémesure, la télédétection et même la biologie et la médecine. Les céramiques pyroélectriques typiques comprennent le titanate de plomb (PbTiO3), etc.
En utilisant le fort effet électro-optique de la céramique ferroélectrique transparente PLZT, de nouveaux dispositifs tels que des modulateurs laser, des écrans photoélectriques, un stockage d'informations optiques, des commutateurs optiques, des capteurs photoélectriques, un stockage et des affichages d'images et des lunettes de protection contre les rayonnements laser ou nucléaires peuvent être fabriqués.
Céramiques semi-conductrices
Céramiques électroniques avec des grains cristallins semi-conducteurs et des joints de grains isolants (ou semi-conducteurs) grâce à des mesures de semiconductorisation, présentant ainsi une forte barrière d'interface et d'autres caractéristiques semi-conductrices.
Il existe de nombreux types de céramiques semi-conductrices, notamment diverses thermistances à coefficient de température négatif fabriquées à partir de la nature des grains cristallins des céramiques semi-conductrices ; condensateurs semi-conducteurs fabriqués à partir de la nature des joints de grains, des varistances ZnO et des thermistances à coefficient de température positif de la série BaTiO3. Résistances, cellules solaires CdS/Cu2S ; et diverses résistances céramiques sensibles à l'humidité et résistances sensibles aux gaz constituées de propriétés de surface.
Céramique Ionique
Céramique électronique à conductivité ionique rapide. Il présente les caractéristiques d’une délivrance rapide d’ions positifs. Le représentant typique est la porcelaine β-Al2O3. La conductivité ionique de ce type de céramique peut atteindre 0,1/(ohm·cm) à 300 ℃, ce qui peut être utilisé pour fabriquer une batterie solide plus économique avec un rapport énergétique élevé, et peut également fabriquer un condensateur à décharge lente avec une densité de stockage d'énergie élevée. C'est un matériau qui permet de résoudre les problèmes énergétiques.
