陶瓷材料取得巨大發(fā)展

　　回顧我國(guó)壓電陶瓷行業(yè)的發(fā)展，20年前只有山東大學(xué)、清華大學(xué)、華南工學(xué)院、天津大學(xué)、四川大學(xué)、上?？拼蟮葞姿髮W(xué)設(shè)有壓電材料及應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)，上海硅酸鹽研究所、中電科技集團(tuán)第7研究所和第26研究所等建有壓電陶瓷材料和應(yīng)用研究室，生產(chǎn)廠家只有山東淄博無(wú)線電陶瓷廠，主要開(kāi)展的項(xiàng)目大多與軍用產(chǎn)品有關(guān)。涉及民用的產(chǎn)品只有大量生產(chǎn)的壓電陶瓷蜂鳴器和點(diǎn)火器，小量用于郵電通信的多片陶瓷濾波器、機(jī)械濾波器、用于水聲和超聲的壓電陶瓷換能器等。

　　為了適應(yīng)各類(lèi)壓電器件對(duì)材料性能的不同要求，材料研究人員廣泛進(jìn)行了改性添加劑的研究，開(kāi)發(fā)出了大量高性能壓電陶瓷材料。

　　鈦酸鉛陶瓷（PT）

　　上世紀(jì)90年代末，為了滿(mǎn)足制造10MHz以上高頻陶瓷濾波器和陶瓷諧振器的需要，材料研究人員通過(guò)對(duì)鈦酸鉛陶瓷材料用少量氧化鑭取代，并適量添加錳、鈮、鈰離子，得到了高頻響應(yīng)好、溫度穩(wěn)定性?xún)?yōu)良的改性鈦酸鉛陶瓷材料，其電性能與日本村田同期同類(lèi)材料相當(dāng)。同時(shí)還研究出了適合用于高溫超聲換能器的鈦酸鉛壓電陶瓷材料，成功用于高溫使用環(huán)境的石油深井探測(cè)和流量計(jì)等。

　　鋯鈦酸鉛陶瓷（PZT）

　　上世紀(jì)80年代，江西景德鎮(zhèn)999廠和上海無(wú)線電一廠同時(shí)引進(jìn)日本村田壓電陶瓷頻率元件生產(chǎn)線，主要原材料靠日本提供，這給國(guó)內(nèi)的大批量生產(chǎn)和降低成本造成了較大的困難，為了打破外國(guó)封鎖，通過(guò)對(duì)PZT材料進(jìn)行研發(fā)和改進(jìn)，很快實(shí)現(xiàn)了材料配方的國(guó)產(chǎn)化，自主開(kāi)發(fā)的PZT壓電陶瓷材料電性能指標(biāo)完全達(dá)到要求。接著又研究出多種適合不同帶寬的PZT壓電陶瓷材料。

　　三元系陶瓷

　　近20年來(lái)，我國(guó)在三元系壓電陶瓷材料的改性研究方面做了大量的繼續(xù)研究工作，試驗(yàn)了多種元素的組合取代和添加，拓展出許多改性三元系、四元系和多元系材料，如：PCM-PZT、PMS-PZT、PNZ-PNS-PZT、PMS-PNZ-PNS-PZT等，這些材料具有不同的性能，能滿(mǎn)足各種需要，使壓電陶瓷的應(yīng)用面得到快速擴(kuò)展。

　　無(wú)鉛壓電陶瓷

　　上述壓電陶瓷均含有大量的鉛，制造過(guò)程會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，為了減少污染，國(guó)內(nèi)外科研人員開(kāi)展了無(wú)鉛系壓電陶瓷的研究，與含鉛系壓電陶瓷材料相比、無(wú)鉛系壓電陶瓷的性能明顯不同于含鉛壓電陶瓷，如無(wú)鉛系壓電陶瓷的居里點(diǎn)約高出200℃~300℃，介電常數(shù)僅140~150,機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高達(dá)4000~7000.但是，無(wú)鉛壓電陶瓷的機(jī)電耦合系數(shù)等性能遠(yuǎn)不如含鉛陶瓷，加之制造工藝難以控制，故無(wú)鉛壓電陶瓷僅在一些特定領(lǐng)域應(yīng)用，其研究工作仍在進(jìn)行中。

　　應(yīng)用快速滲透

　　經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，當(dāng)今，壓電陶瓷產(chǎn)品門(mén)類(lèi)齊全，不僅廣泛用于軍事和工業(yè)領(lǐng)域，還滲透到了人們?nèi)粘Ｉ畹拿總€(gè)角落。其應(yīng)用領(lǐng)域主要涉及以下5個(gè)方面：

　　第一，頻率控制器件。近幾年發(fā)展較快的有陶瓷諧振器、陶瓷濾波器，還有調(diào)諧音叉濾波器、機(jī)械濾波器、陶瓷鑒頻器、陷波器和延遲線。其中陶瓷諧振器、陶瓷濾波器產(chǎn)量已經(jīng)占我國(guó)壓電陶瓷產(chǎn)品的65%以上，相當(dāng)引人注目。特別是陶瓷諧振器具有高穩(wěn)定、無(wú)需調(diào)節(jié)、尺寸小和成本低等特點(diǎn)。典型的應(yīng)用有：電視機(jī)、攝錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、汽車(chē)電器、VCD、電話機(jī)、復(fù)印機(jī)、語(yǔ)音合成器、遙控器和玩具等。

　　第二，壓電超聲換能器。壓電超聲換能器是發(fā)射和接收超聲波的聲學(xué)器件，在水和空氣介質(zhì)中廣泛應(yīng)用。在水聲通信中起雷達(dá)的作用，被稱(chēng)為聲吶，是各類(lèi)艦船必不可少的重要傳感器。在工業(yè)中，超聲換能器已被用于超聲清洗、超聲精密加工、超聲加濕、超聲乳化、超聲種子處理、超聲探傷和超聲診斷等。當(dāng)今，壓電超聲換能器的另一廣泛應(yīng)用領(lǐng)域是遙測(cè)、遙控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。

　　第三，壓電發(fā)聲器。壓電發(fā)聲器的典型產(chǎn)品是壓電蜂鳴器和壓電送、受話器、手表、計(jì)算器、電子鬧鐘、小型警鈴以及電話、手機(jī)的振鈴都離不開(kāi)蜂鳴器。帶有晶體管振蕩電路和直流電源的蜂鳴器可發(fā)出連續(xù)聲音，帶有開(kāi)關(guān)電路的蜂鳴器可發(fā)出斷續(xù)聲音，屬于聲換能器的水下微音器和揚(yáng)聲器還可用來(lái)驅(qū)趕或引誘魚(yú)群。

　　第四，計(jì)測(cè)和控制用壓電器件。計(jì)測(cè)和控制用壓電器件主要有壓力、加速度、角速度傳感器以及超聲測(cè)深、超聲測(cè)厚、超聲測(cè)流速、超聲診斷等。

　　第五，壓電點(diǎn)火器和壓電變壓器。1965年開(kāi)始批量生產(chǎn)壓電點(diǎn)火器，近20年來(lái)得到了更快的發(fā)展，我國(guó)目前幾乎所有煤氣灶、浴室煤氣鍋爐、煤氣房間加熱器、煤氣熱水器和香煙打火機(jī)都用壓電點(diǎn)火器。壓電變壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、變壓比高、機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)電磁干擾和安全等優(yōu)點(diǎn)，故用于靜電除煙器、負(fù)離子發(fā)生器、靜電涂覆設(shè)備、靜電復(fù)印機(jī)、電場(chǎng)治療儀和液晶背光源等。

　　聲表面波形成完整體系

　　聲表面波器件是電子陶瓷領(lǐng)域一個(gè)熱門(mén)產(chǎn)品。聲表面波（SAW）是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波，我國(guó)聲表面技術(shù)的開(kāi)發(fā)從1970年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)了37年的研究和發(fā)展，已基本形成了從理論研究、晶體材料生長(zhǎng)加工、器件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以及系統(tǒng)應(yīng)用的完整體系。

　　我國(guó)聲表面波技術(shù)的發(fā)展大致可以分為3個(gè)階段：第一階段，聲表面波技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。聲表面波技術(shù)開(kāi)發(fā)的最初動(dòng)力各國(guó)都來(lái)源于國(guó)防軍事領(lǐng)域，我國(guó)也不例外；雷達(dá)、通信、導(dǎo)航和電子對(duì)抗等均采用了各種各樣的SAW信號(hào)處理器件。第二階段，聲表波技術(shù)應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域。第三階段，聲表面波技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代通信。

　　聲表面波在我國(guó)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，涌現(xiàn)了30多家大大小小的生產(chǎn)企業(yè)，雖然廠家眾多，但技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模有限，除中電科技的第26、55研究所、德清華瑩電子有限公司、無(wú)錫好達(dá)電子有限公司等在生產(chǎn)技術(shù)、規(guī)模和產(chǎn)品種類(lèi)上有一定的優(yōu)勢(shì)外，余者規(guī)模小，主要以生產(chǎn)電視中頻濾波器、諧振器以及對(duì)講機(jī)濾波器等工藝要求相對(duì)較低的產(chǎn)品為主，產(chǎn)品價(jià)格低廉。

　　從產(chǎn)品的封裝上看，電視中頻聲表面波濾波器由金屬封裝朝塑殼封裝方向發(fā)展，由于塑殼封裝具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，特別是在一體化高頻頭中可以體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)很多生產(chǎn)企業(yè)都開(kāi)發(fā)了自己的塑封產(chǎn)品，從規(guī)模上看，無(wú)錫好達(dá)電子有限公司和中電科技德清華瑩電子有限公司在塑封產(chǎn)品上占據(jù)了較大的市場(chǎng)份額。

　　SMD產(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)能批量化生產(chǎn)的最小尺寸是3mm×3mm,主要生產(chǎn)單位有中電科技的55所、德清華瑩、26所和無(wú)錫好達(dá)電子有限公司等?，F(xiàn)RF濾波器的主流產(chǎn)品封裝都是采用2.5mm×2.0mm以下的倒裝焊技術(shù)，故國(guó)內(nèi)目前SAWRF濾波器生產(chǎn)受到了很大的限制，由于成本、技術(shù)等因素，國(guó)內(nèi)幾家有實(shí)力的研究所和生產(chǎn)企業(yè)都還無(wú)在縮小產(chǎn)品封裝上進(jìn)一步投入的計(jì)劃，南陽(yáng)金冠集團(tuán)曾投入了部分倒裝焊設(shè)備，但還不具生產(chǎn)能力。

　　我國(guó)聲表面波產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究特別是低損耗設(shè)計(jì)技術(shù)，目前主要以中電科技第26研究所、南京大學(xué)以及中科院聲學(xué)所3家科研機(jī)構(gòu)為主力，另外中電科技德清華瑩、55所和無(wú)錫好達(dá)等單位也具備一定的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。

　　我國(guó)的聲表面波行業(yè)和國(guó)外相比，總體存在不小的差距。產(chǎn)品研發(fā)沒(méi)有太多的科研機(jī)構(gòu)和大專(zhuān)院校作為技術(shù)支撐，缺乏一支基礎(chǔ)研究的隊(duì)伍，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的因素，各單位各自為政，缺乏學(xué)術(shù)交流，很多小企業(yè)不具研發(fā)能力。從生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模上看，和國(guó)際上的一些知名公司如EPCOS、Murata、Fujistu、SANYO等相比還存在著很大差距，包括封裝技術(shù)、自動(dòng)化程度、工藝水平、生產(chǎn)規(guī)模等。

　　隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，目前整個(gè)聲表產(chǎn)業(yè)的贏利普遍不高，最大市場(chǎng)手機(jī)RF濾波器已經(jīng)在維持水平上生產(chǎn)，失去了投資機(jī)會(huì)。要想未來(lái)在行業(yè)里有一定生存地位，必須通過(guò)自己的技術(shù)進(jìn)步，不斷提高產(chǎn)品成品率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)規(guī)模化生產(chǎn)能力。我們認(rèn)為，我國(guó)聲表面波行業(yè)在未來(lái)發(fā)展上，可以做以下幾方面工作：第一，加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)相互合作和資源整合。第二，擴(kuò)大國(guó)際技術(shù)合作。第三，積極探索新的應(yīng)用領(lǐng)域。聲表面波技術(shù)除了目前的常規(guī)應(yīng)用外，還有在傳感器、射頻設(shè)別（RFID）等方面的一些特殊用途。