由于先进陶瓷特定的精细结构和其高强、高硬、耐高温、透光以及压电等一系列优良性能,被广泛应用于电子、机械等国民经济的各个领域。先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分,成为许多高技术领域发展的重要关键材料。据了解，2019年全球先进陶瓷市场规模达到了110.68亿美元，预计2026年将达到168.83亿美元，2020-2026年复合增长率（CAGR）为5.73%。先进陶瓷产业发展势态良好，而消费电子、家用电器又与我们的生活密不可分，那么先进陶瓷材料又能有哪些应用呢，就让我们接着往下看。

 

各种以先进陶瓷为基体的电子元器件

 

1.陶瓷电容器

陶瓷电容器在彩色电视机、电子计算机、摄像机、录音机、VCD机、DVD机、电话、手机、电子游戏机、保健按摩器、穴位治疗仪、服装干燥机、洗衣机、空调等家用电器中有应用。交直流高压陶瓷电容器还广泛应用于激光、雷达、高压钠灯、X射线、海底同轴电缆、夜视仪等。

 

各种陶瓷电容器

 

2.电池

各种电子仪器、电子设备和家用电器中使用着很多种类的电池，电池的发展引人注目，而陶瓷材料是构成电池的重要材料之一。如用Y₂O₃稳定的ZrO₂（YSZ）陶瓷材料作为燃料电池的固体电解质材料，又或者锂离子电池中的各种陶瓷隔膜材料。

 

锂电池

 

3.温度传感元件

家用电器中的的马达总是要求尽可能减小尺寸、提高效率和降低成本，所以在超载能力方面所留余量是不多的。可以利用PTC半导体陶瓷监视马达定子绕组的温度，从而保证马达在绝缘允许的温度下工作。当然也可以利用PTC热敏电阻作为定温发热体，具有安全可靠、无触点、省电、长寿命的优点，在烫发器、发热拖鞋、电饭煲、取暖机、衣物干燥机等中有所使用。此外，在日光灯电路中与镇流器并联一个PTC热敏电阻，可以提高起动电流，使日光灯迅速点燃，对延长日光灯寿命也有好处。

（左）烫发器（右）电饭煲

 

4.压电陶瓷片

陶瓷滤波器、陷波器一般由一个或多个压电陶瓷振子为主组成,而压电振子实际上就是一块夹在两个电极之间的压电晶片。陶瓷滤波器、陷波器是对频率非常敏感的电路元件。它们的特点是:体积小、成本低、无调整和可靠性高等。陶瓷滤波器、陷波器已应用于收录机(型号有465K系列、LT-W22-10.7MHz等)、电视机(型号有LTB6.5MHz滤波器、XT4.43MHz陷波器、声表面波滤波器等)等家电产品中。

最早被用于家用电器的陶瓷传感元件是电唱机中的陶瓷拾音器。这里唱针是敏感元件，它沿着唱片的音槽移动而产生机械振动，压电陶瓷片是传感元件，它把机械振动转换成电信号输出经放大后送至扬声器，使唱片上录下的声音得到重放。后来又制成压电陶瓷微音器，它直接把声振动转换成电输出。

例如电冰箱中的霜传感器，其传感元件就是由一片压电瓷片和一片金属片粘合而成。电视机频道切换的超声遥控也是利用压电陶瓷的压电效应。

 

陶瓷滤波器

 

5.陶瓷手机背板与MLCC（多层陶瓷电容器）

纳米氧化锆陶瓷材料，对信号屏蔽小，又便于无线充电，天线结构易于设计，并具有温润如玉的质感和丰富多彩的颜色，同时融合了陶瓷材料优异力学性能和美学特质。因此得到许多5G手机厂商的青睐。在华为、一加、小米、OPPO、LG、三星等品牌手机上得到了应用。

据了解，一部5G手机将会用到1000个左右的MLCC（多层陶瓷电容器），MLCC有“电子工业大米”之称。以村田、TDK为代表的日企在行业中话语权最大，当年TDK放弃低端MLCC市场，转向高端MLCC产品，曾导致市场一度缺货，引起长达两年多的恐慌。

 

琳琅满目的MLCC

 

6.照明/显示用荧光陶瓷

荧光陶瓷具有较高的吸收系数和折射率，且其透明性好、硬度高、耐腐蚀、耐高温，制作工艺简单、生产成本低，可以大批量生产；掺杂浓度易于控制，Ce3+掺杂在陶瓷中能比较均匀的分布。因此，具有高导热系数、良好热猝灭性能的荧光陶瓷是最有前景的大功率照明/显示用荧光转换材料。可应用于汽车前大灯、机场照明、军用手电筒、多媒体投影仪、激光电视等高亮度照明及显示领域。中科院福建物构所以陶瓷作为材料，开发出了YAG透明荧光陶瓷白光大功率LED封装技术，突破了1000WCOB光源封装技术(K-COB)大关，并通过福建中科芯源光电科技有限公司成功实现产业化。

 

高功率激光照明用Ce掺杂石榴石基荧光透明陶瓷

 

结语

先进陶瓷材料因其优异的高温力学性能及特有的光、声、电、磁、热性能组合或多功能复合效应在高新技术产业和传统产业改造等领域发挥着越来越大的作用。需求是发展和创新的动力,各行各业对陶瓷产品越来越高的性能要求推动了先进陶瓷的不断发展,相关陶瓷领域产生的技术进步又促进了应用行业的技术革新,推动了各行业整体的发展。

参考来源

（1）陶瓷传感元件在家用电器中的应用，庄严，王东民。

（2）先进陶瓷材料研究现状及发展趋势，张伟儒，李伶，王坤。

（3）功能与信息材料，焦宝祥。

（4）功能陶瓷材料在家用电器中的应用概况，曲远方，马金森。

（5）陶瓷传感元件在家用电器中的应用（二），庄严，王东民。

（6）压电效应及其在家电中的应用，戴岩伟。

（7）电子陶瓷材料及产品与技术解读，李平舟。

（8）纳米氧化锆陶瓷在手机背板上的应用与发展，谢志鹏，余诺婷。

（9）先进陶瓷材料的研究与应用，张文毓。

（10）先进陶瓷市场研究报告，北京恒州博智国际信息咨询有限公司

 

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