Keramiska dielektrika utgör en viktig gren av elektronisk keramik, som främst används vid tillverkning av dielektriska material för olika typer av kondensatorer. Deras kärnegenskaper inkluderar en hög dielektricitetskonstant, låg dielektrisk förlust och stabila temperaturegenskaper.
Hög dielektrisk konstant typ (klass I)
Genom att använda bariumtitanat (BaTiO₃) som kärnmaterial, bildas fasta lösningar genom dopning av element som strontium (Sr) och kalcium (Ca), vilket möjliggör en abrupt förändring av dielektricitetskonstanten nära Curie-temperaturen. Typiska material, såsom BaTiO₃-SrTiO₃-systemet, kan uppnå dielektriska konstanter som sträcker sig från 1 000 till 3 000; emellertid är deras temperaturstabilitet relativt dålig.
Dessa material används i stor utsträckning i flerlagers keramiska kondensatorer (MLCC) och är särskilt väl-lämpade för konsumentelektroniktillämpningar som kräver hög kapacitansdensitet-som effektfiltreringskretsar i smartphones och surfplattor.
Temperaturkompenserande typ (klass II)
Baserat på magnesiumtitanat (MgTiO3) eller strontiumtitanat (SrTiO3), uppnår dessa material en linjär variation av dielektricitetskonstanten med temperaturen genom att kontrollera kornstorlek och dopningsförhållanden. Typiska material, som MgTiO₃-CaTiO₃-systemet, har ett dielektriskt konstantområde på 15 till 200 och en temperaturkoefficient på upp till ±220 ppm/grad.
Jämfört med typen med hög dielektricitetskonstant uppvisar dessa material lägre dielektrisk förlust (mindre än eller lika med 0,001), vilket gör dem lämpliga för högfrekventa signalbehandlingstillämpningar.
Halvledartyp (klass III)
Genom att införa acceptorföroreningar (såsom Mn eller Nb) i en bariumtitanatmatris bildas ett halvledande korngränsskikt; detta utnyttjar korngränsbarriäreffekten för att uppnå ickelinjära ström-spänningsegenskaper. Typiska material, såsom BaTiO₃-MnO₂-systemet, kan uppnå en olinjäritetskoefficient som sträcker sig från 1 000 till 5 000.
Mikrovågs dielektrisk typ
Baserat på zirkonater (t.ex. ZrTiO4) eller stannater (t.ex. SnTiO4) uppnår dessa material låg dielektrisk förlust (mindre än eller lika med 0,0001) och en hög kvalitetsfaktor (Q×f värde > 10 000) genom optimering av deras kristallina fasstruktur.
Nanokomposit typ
Genom att använda metoder som sol-gelbearbetning eller hydrotermisk syntes blandas keramiska partiklar i nanoskala (t.ex. BaTiO₃ nanopowder) med en polymermatris för att skapa flexibla material med en avstämbar dielektricitetskonstant (från 10 till 1 000). Driven av den växande efterfrågan på miniatyrisering och integration i 5G- och IoT-enheter, förväntas marknadsandelen för nanokompositkeramik öka från 12 % 2023 till 25 % 2028.
