電子信息材料是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，涉及到國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域。信息產(chǎn)業(yè)的成功，得益于電子信息材料技術(shù)的提高及新材料的應(yīng)用。以半導(dǎo)體材料、光電子材料、新型元器件用材料等為代表的電子信息材料，已成為新材料領(lǐng)域中最具活力的因素。這些材料及其產(chǎn)品支撐著通信、計算機、家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

    電子信息材料是新材料大家族里的重要成員，是指在微電子、光電子技術(shù)和新型元器件基礎(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域中所用的材料，主要包括單晶硅為代表的半導(dǎo)體微電子材料；激光晶體為代表的光電子材料；介質(zhì)陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；釹鐵硼（NdFeB）永磁材料為代表的磁性材料；光纖通信材料；磁存儲和光盤存儲為主的數(shù)據(jù)存儲材料；壓電晶體與薄膜材料；貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料以及橫跨多個領(lǐng)域的納米材料等。由半導(dǎo)體材料及輔料、光電子材料和新型元器件用材料組成的三大系列，涵蓋了電子現(xiàn)代信息材料領(lǐng)域的主要方面。

    本文探討新型元器件用材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。新型元器件用材料包括電子陶瓷材料、磁性材料、壓電晶體材料、覆銅板材料、綠色電池材料等，廣泛應(yīng)用于計算機、通信設(shè)備、家用電器、汽車、醫(yī)療設(shè)備、航空、航天等各個領(lǐng)域。

 

 

    電子陶瓷是特種陶瓷材料中的一種重要類型。特種陶瓷材料是相對于傳統(tǒng)陶瓷而言的，是20世紀70年代后期才逐漸興起的高新技術(shù)。隨著汽車工業(yè)、航空航天事業(yè)、電子信息技術(shù)、環(huán)保節(jié)能技術(shù)、生物工程、建筑科技的飛速發(fā)展，特種陶瓷也得到了長足的發(fā)展，并在這些領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中的電子陶瓷是電子工業(yè)、微電子及光電子工業(yè)中制備基礎(chǔ)元件的關(guān)鍵，其市場需求量大，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊，是一類廣泛應(yīng)用于電子信息領(lǐng)域中的重要的高技術(shù)新材料。

    2004年世界電子陶瓷陶瓷的用量約2萬噸。2004年中國陶瓷基片和陶瓷產(chǎn)量是：陶瓷基片約17～20萬平方米；圓片陶瓷電容器和多層陶瓷電容器用陶瓷分別為500噸和200噸；熱敏電阻和壓敏電阻用陶瓷分別為450噸和320噸；壓電頻率元件用瓷料約650噸。上述陶瓷基片和各種瓷料只能滿足國內(nèi)需求量的60%左右。預(yù)計2005年，中國陶瓷基片的需求量約30萬平方米，各種功能陶瓷的需求量總計5300噸。美國電子陶瓷材料的市場銷售額，2000年為54.7億美元，到2005年預(yù)計增長到72.36億美元，年平均增長率為5.8％。從市場份額分析，電子陶瓷占據(jù)了超過60％的先進陶瓷市場份額。2000年，電子陶瓷的市場份額為64.7％，到2005年，預(yù)計市場份額基本保持不變。

    電子陶瓷包括絕緣陶瓷和導(dǎo)電陶瓷，導(dǎo)電陶瓷包括超導(dǎo)、導(dǎo)體以及半導(dǎo)體陶瓷，其中既有離子導(dǎo)電陶瓷，也有電子導(dǎo)電陶瓷。此外，還有不完全獨立于上述任何一種的磁性陶瓷和光學(xué)陶瓷。隨著現(xiàn)代通訊、計算機、微電子、光電子、機器人制造、生物工程以及核技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展，對電子陶瓷元器件的要求也愈來愈高，高性能復(fù)合型電子陶瓷材料的研究開發(fā)引起了世界各工業(yè)先進國家的高度重視。。國外電子陶瓷材料發(fā)展具有綜合領(lǐng)先水平的是日本、美國等發(fā)達國家。日本在電子陶瓷材料領(lǐng)域中一直以全列化、產(chǎn)量最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣、綜合性能最優(yōu)，處在世界領(lǐng)先地位。中國電子陶瓷材料及器件的生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)水平、產(chǎn)品品種和生產(chǎn)規(guī)模上與國外相比有較大差距。

    電子陶瓷材料的發(fā)展始于20世紀初期，經(jīng)歷了電介質(zhì)陶瓷——壓電鐵電陶瓷——半導(dǎo)體陶瓷——快離子導(dǎo)體陶瓷——高溫超導(dǎo)陶瓷——高性能復(fù)合型電子陶瓷的發(fā)展過程，近十年來，隨著微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、信息技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展以及高純超微粉體技術(shù)、厚膜與薄膜技術(shù)的進一步完善，電子陶瓷材料體系圍繞新材料的探索、傳統(tǒng)電子陶瓷材料的改性、材料與器件的一體化研究與應(yīng)用等方面開展了廣泛的研究,成為材料科學(xué)工作者十分活躍的研究領(lǐng)域，也為信息時代的蓬勃發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

    現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的加速發(fā)展對電子陶瓷材料提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，也為這一領(lǐng)域的研究和發(fā)展創(chuàng)造了機會，在市場信息的引導(dǎo)下，傳統(tǒng)電子陶瓷材料的改性研究和新型電子陶瓷材料的研發(fā)正在不斷崛起，日益顯示出廣闊的市場前景和強大的經(jīng)濟效益，下面主要討論這兩方面的問題。

 

    傳統(tǒng)電子陶瓷材料在電子工業(yè)、微電子工業(yè)等領(lǐng)域中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，為高科技發(fā)展和國民經(jīng)濟繁榮做出了卓越的貢獻。目前這類材料的研究領(lǐng)域主要是利用先進的材料制備技術(shù)來進一步改善性能。

 

    21世紀稱之為信息時代,信息的獲取和傳遞主要依賴于傳感器(敏感元件)，敏感電子陶瓷在各類敏感元件中占有十分重要的地位，主要有熱敏陶瓷、壓敏陶瓷和壓電陶瓷等。

 

    熱敏陶瓷是一類電阻率、磁性、介電性等性質(zhì)隨溫度發(fā)生明顯變化的材料，主要用于制造溫度傳感器，線路溫度補償及穩(wěn)頻元件。根據(jù)熱敏陶瓷的電阻—溫度特性可以分為三大類：正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和臨界溫度熱敏電阻（CTR）�，F(xiàn)在普遍認為，陶瓷熱敏電阻型和單晶半導(dǎo)體型熱敏傳感器是最有市場、最有潛能和最具發(fā)展前景的產(chǎn)品。在熱敏電阻傳感器中，NTC熱敏傳感器是較有前途的一種。該產(chǎn)品由日本企業(yè)最先進行實用化研究和規(guī)�；a(chǎn)，日、韓等企業(yè)不僅一度壟斷了國內(nèi)市場，而且主導(dǎo)了產(chǎn)品技術(shù)性能及測試標準，設(shè)置了較高的技術(shù)門檻。

    國際上，美國VISHAY、德國EPCOS、日本村田、TDK、HDK（北陸）、ISHIZUKA(石冢)、SHIBAURA(芝浦)、MITSUBISHI（三菱）等公司的新型熱敏功能陶瓷材料及器件的年總產(chǎn)值約占世界總量的60～80%，其產(chǎn)品雖然質(zhì)量好，但價格太高。

    國外熱敏電阻器正在向高性能、高可靠、高精度、片式化和規(guī)模化方向發(fā)展。如消磁電路用PTC適應(yīng)高亮度、大屏幕彩電、彩顯需要，正向高電壓、低電阻（2.2Ω）方向發(fā)展；馬達啟動用PTC正向長壽命(開關(guān)500000萬次)方向發(fā)展，主要生產(chǎn)廠有日本村田、德國EPCOS、美國VISHAY等。片式熱敏電阻器日本村田和日本三菱等已規(guī)模生產(chǎn)，片式NTC和 片式PTC最小尺寸已達0402、0201。

 

    所謂壓敏陶瓷材料，是指在金屬氧化物如ZnO中添加適量其它金屬氧化物，如Bi₂O₃、Co₂O₃、MnO₂、Sb₂O₃等材料所配制成的功能陶瓷材料。壓敏陶瓷的特性是對外加電壓變化非常敏感。目前，壓敏陶瓷主要有ZnO、SiC、TiO₂、SrTiO₃四大類。

    隨著市場的需求，由單一壓敏性能的ZnO壓敏陶瓷、SiC壓敏陶發(fā)展到具有電容性和壓敏性的雙功能電子元器件(主要是TiO₂和SrTiO₃系列電容—壓敏電阻器)。ZnO壓敏瓷料的缺點是介電常數(shù)低，固有電容小，因此對于低于壓敏電壓的浪涌，瓷料基本上沒有吸取作用；而且介質(zhì)損耗高達5～10％。以SrTiO₃為主成分的壓敏瓷料既有壓敏電阻器的特性，又有電容器的特性，已廣泛應(yīng)用于保護微型計算機、集成電路和大規(guī)模集成電路等半導(dǎo)體器件中。

    壓敏陶瓷的多功能化是新形式下迎合市場的需要而發(fā)展起來的，基于壓敏性和熱敏性的半導(dǎo)體復(fù)合元件能起到抑制過電壓和過電流的雙重保護作用。近些年來還出現(xiàn)了SnO₂和WO₃壓敏陶瓷，但由于存在致密度低、非線性系數(shù)較小等缺點而沒有更深入地研究。

    壓敏陶瓷材料的關(guān)鍵技術(shù)有三方面。第一，對原材料進行二次加工，即對原材料進行二次提純，改變顆粒尺寸、分散度和化學(xué)計量比等。二次提純的目的不是把所有雜質(zhì)全部剔除，而是使雜質(zhì)含量能夠控制在可利用的范圍內(nèi)，并且使原料的顆粒度限制在受控的范圍內(nèi)。第二，進行科學(xué)的配方控制。在原材料處于受控狀態(tài)之后，科學(xué)的配方體系就成為影響產(chǎn)品性能的最大關(guān)鍵。第三，用先進的工藝制作壓敏瓷料。目前國際上對陶瓷粉體材料的制備研究得很多，提出“粉體材料制備科學(xué)技術(shù)”，開始從原子、離子和分子級水平出發(fā)，采用液相或氣相等新的合成方法，制備具有優(yōu)良成型和優(yōu)良燒結(jié)特性的瓷料制備的現(xiàn)代化大生產(chǎn)的方法。

    目前，壓敏陶瓷的研究熱點主要集中在稀土摻雜改性研究（如：Ta,La,Ce等）和納米添加改性研究方面，采用稀土摻雜和納米添加法制備的壓敏陶瓷具有更高的致密度和較好的電學(xué)性能。稀土摻雜和納米添加法制備的樣品能夠使晶粒分布更加均勻。并有利于完善晶界的形成，從而獲得具有優(yōu)良壓敏電阻特性的晶界勢壘和較好的綜合性能。

    壓敏陶瓷的制備工藝開始由傳統(tǒng)的電子陶瓷工藝發(fā)展到溶膠—凝膠復(fù)合工藝，產(chǎn)品形式也由通用型向疊層片式元件轉(zhuǎn)化。壓敏陶瓷的發(fā)展方向逐漸向兩端發(fā)展：在高壓領(lǐng)域中研制高能ZnO壓敏電阻器，在中低壓領(lǐng)域中開發(fā)SrTiO₃/ TiO₂系列壓敏電阻元件。

 

    壓電陶瓷是具有壓電效應(yīng)的一種先進功能陶瓷。所謂“壓電效應(yīng)”是指：某些電介質(zhì)材料由于結(jié)晶體的特殊結(jié)構(gòu)，當受到機械力作用而發(fā)生形變時，引起物件的相對兩表面產(chǎn)生異種電荷，且電荷密度與應(yīng)力成正比，此現(xiàn)象稱之為“正壓電效應(yīng)”；反之，在這種材料上施加電場時，引起物件發(fā)生機械變形，若施加交變電場，材料則隨電場頻率作伸縮振動，且形變量（或振幅）與施加的電場強度成正比，此稱為“電致伸縮效應(yīng)（或稱逆壓電效應(yīng)）”，二者統(tǒng)稱為“壓電效應(yīng)”�？梢姡瑝弘娞沾删哂袑崿F(xiàn)“機械能”與“電能”相互轉(zhuǎn)換的功能。

    壓電材料能夠自適應(yīng)于環(huán)境的變化，實現(xiàn)機械能與電能之間的轉(zhuǎn)化，具有集傳感器和控制于一體的特有屬性。壓電材料由最初的壓電晶體發(fā)展到壓電陶瓷，進而發(fā)展到壓電聚合物（壓電復(fù)合材料），其應(yīng)用領(lǐng)域也由最初的檢音器、換能器、濾波器被擴展到能源、信息、軍事科學(xué)、超聲醫(yī)學(xué)及其他許多高技術(shù)領(lǐng)域。以PZT壓電陶瓷粉體、纖維和聚合物復(fù)合而成的壓電復(fù)合傳感器是一類新型的精細壓電復(fù)合材料。這種傳感器能大大提高水聲探測器和醫(yī)用超聲探測器的靈敏度，從而可以截取到微弱的信號以獲得更加清晰的圖像。無鉛大功率壓電器和壓電復(fù)合傳感器是當前壓電材料發(fā)展的一個熱門方向。

 

    快離子導(dǎo)體陶瓷是指在一定條件（溫度，壓力）下具有電子電導(dǎo)或離子電導(dǎo)特性的固態(tài)離子導(dǎo)體陶瓷，又稱為電解質(zhì)陶瓷。其離子電導(dǎo)率可達10^-1～10^-2S/cm（比經(jīng)典離子導(dǎo)體，如堿金屬鹵化物，高十幾個數(shù)量級），活化能低至0.1～0.2eV。由于離子導(dǎo)體在傳輸電荷的同時還伴隨有物質(zhì)的遷移,這使他們具有不同于電子導(dǎo)體的特殊用途。20世紀以來，人們對快離子導(dǎo)體的研究，一方面是對已發(fā)現(xiàn)的快離子導(dǎo)體進行深入的性能和應(yīng)用研究,并進一步探索新的快離子導(dǎo)體；另一方面對快離子導(dǎo)體的導(dǎo)電機制，包括從晶體結(jié)構(gòu)、離子傳導(dǎo)機理及傳導(dǎo)動力學(xué)等角度進行廣泛的探索。

    快離子導(dǎo)體陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是用作各種電池的隔膜材料；二是用作固體電子器件。目前比較活躍的研究領(lǐng)域主要包括：高溫燃料電池、新能源材料、氧傳感器(氧分析器)、鋰電池以及電化學(xué)器件等。

 

    精細復(fù)合電子陶瓷是指在微米至納米級度上進行復(fù)合，以獲得優(yōu)良功能效應(yīng)的新型材料，是20世紀80年代以來材料科學(xué)領(lǐng)域中探索性較強的重要發(fā)展前沿之一。精細復(fù)合電子陶瓷的出現(xiàn)，與低維材料的發(fā)展息息相關(guān)，主要是利用熱力學(xué)尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)使材料的性能發(fā)生顯著變化，以及在結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的界面效應(yīng)和耦合效應(yīng)所具有的新現(xiàn)象而獲得某些特殊的性能和應(yīng)用。

 

    在超導(dǎo)材料的研究與開發(fā)中，高Tc始終是材料科學(xué)工作者追求的首要目標，20世紀掀起的“高溫超導(dǎo)熱”是伴隨著高臨界溫度超導(dǎo)氧化物陶瓷的出現(xiàn)而逐步升華。

    高溫超導(dǎo)陶瓷目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了釔系、鉍系、鉈系和汞系四大類，約100余種高溫超導(dǎo)陶瓷。進入20世紀90年代以后,高溫超導(dǎo)的研究重心開始向?qū)嵱没D(zhuǎn)移，主要體現(xiàn)在高溫超導(dǎo)粉體、塊材、薄膜的合成方法和加工工藝方面以及開發(fā)高溫超導(dǎo)陶瓷在弱電和強電領(lǐng)域中的應(yīng)用。高溫超導(dǎo)陶瓷的薄膜化將對微波通信領(lǐng)域產(chǎn)生影響。由于其超低損耗特性，可考慮用其制作濾波器、諧振器等電子元件。目前正在對一些更先進的應(yīng)用作試驗，如移動通信基站的多路調(diào)制器、多普勒雷達以及相陣列雷達系統(tǒng)。高溫超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用還包括復(fù)合材料，諸如集成的HTS/鐵電結(jié)構(gòu)（用于可調(diào)微波濾波器）、基于高溫陶瓷超導(dǎo)體薄膜的超導(dǎo)量子干涉裝置(SQUIDS)及相關(guān)設(shè)備，用于無損探傷(NDE)的SQUIDS磁場探測器已經(jīng)接近市場化。

    高溫超導(dǎo)陶瓷已成為先進陶瓷中最耀眼的明星，它是一種混合氧化物，包括稀土和銅的氧化物。雖然它的市場份額在2000年還不到1%，但在5年間，它的年平均增長速度將高達20％，在微波濾波器和共鳴器中將得到廣泛的使用。

 

    目前，高性能復(fù)合型電子陶瓷材料的發(fā)展主要出現(xiàn)兩種傾向：塊體產(chǎn)品從具體成分到材料體系方面的進步，以及把電子陶瓷的功能整合為微電子和微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的轉(zhuǎn)變.近年來，電子陶瓷的研究與開發(fā)圍繞這兩個主題而逐步展開。

 

    微波通信的發(fā)展是伴隨著厚膜或薄膜技術(shù)的進步而擴展的，目前已引起了集成裝置和含有電子陶瓷鈍化元素的多組元組件的加速發(fā)展。低溫共燒陶瓷（LTCC）是一個尺寸縮小的例子，由于近來信息技術(shù)的進步，LTCC在RF或微波通信中獲得了更多的應(yīng)用。感應(yīng)器、電容器、電阻器及其它鈍化組元一并被嵌入在片層之間，這些先進的電子元件含有不同成分的共燒層，其成分既有低介電常數(shù)也有高介電常數(shù)，其發(fā)展正是適應(yīng)了市場的需要，并進一步得到完善。

    在厚薄膜技術(shù)方面進步的同時，近來更注重基于鈍化組元的超薄薄膜方面的研究。其中包含不同種類超薄薄膜以形成電容器、電阻器及電感器網(wǎng)絡(luò)的鈍化集成電路，已經(jīng)進入生產(chǎn)階段。目前，超薄薄膜電容器的發(fā)展速度很快，不連續(xù)超薄薄膜耦合電容器已與多芯片元件相結(jié)合，這使其便于組裝，獲得更為廣泛的應(yīng)用。近來對應(yīng)用于高頻場合的鐵電超薄薄膜也有了更多的重視，其應(yīng)用主要包括兩個方面：消耗型便攜通信設(shè)備及雷達體系。鐵電薄膜也可用于相控陣天線，目前這種應(yīng)用僅限于軍事方面。但隨著鐵電陣列技術(shù)的發(fā)展可使其價格進一步降低以及外形尺寸的減小，這將拓寬其民用天線市場。

    新一代微波介質(zhì)陶瓷材料的研究開發(fā)主要圍繞兩大方向展開：一是追求超低損耗的極限；二是探索更高介電常數(shù)(>100，乃至>150)的新材料體系。

 

    基于電子陶瓷的靈敏元件和傳感器長期以來都是眾所周知并得到廣泛應(yīng)用的電子元器件，其卓越的性能與低價格使其應(yīng)用迅速擴大。近些年來，在電子陶瓷中引入了以硅為基的能產(chǎn)生新功能的微電子機械系統(tǒng)（MEMS），它有重要的利益就是經(jīng)濟方面：因這種技術(shù)可批量生產(chǎn)，故降低了價格，便于市場的推廣。MEMS的應(yīng)用提高了許多電子元器件的質(zhì)量，如更高的靈敏度，更好的再造性和更快的響應(yīng)速度，還有更低的功耗等優(yōu)勢。

    目前，壓電微裝置已經(jīng)被廣泛使用，如微傳感器(主要包括超聲波微馬達、微型泵、微型濾波器等)、壓力靈敏元件、加速傳感器等。壓電微裝置比較活躍的研究領(lǐng)域主要體現(xiàn)在超聲高頻電子元器件、醫(yī)學(xué)元件和高頻水聽器等方面。

    MEMS在陶瓷化學(xué)靈敏元件上，已經(jīng)引起了實質(zhì)性的進步，基于如SnO₂等半導(dǎo)體陶瓷的靈敏元件展示了巨大的市場潛力。這些元件通過測量導(dǎo)電率來工作（吸收導(dǎo)致電導(dǎo)率變化），但由于它們主要在高溫下工作，可靠性差、穩(wěn)定性差以及在便攜式裝置中的功耗較高，也是這類電子元器件的推廣應(yīng)用的限制性因素。因此，MEMS技術(shù)的運用正是克服了上述缺陷而獲得了充分的發(fā)展優(yōu)勢，可更容易地制造出含有對不同化學(xué)物質(zhì)敏感的元件陣列，進一步提高可選性。由于微器件靈敏元件具有更快的熱響應(yīng)速度，靈敏度得到很大的提高，同時由于外形尺寸的減少，也進一步降低了功耗。

    綜上所述，傳統(tǒng)電子陶瓷的發(fā)展主要是進一步提高元器件的性能，但是由于制備工藝和理論研究的不足，成為這類材料進一步發(fā)展的障礙。高性能復(fù)合電子陶瓷是材料科學(xué)的新興領(lǐng)域，理論和技術(shù)都還不成熟，目前的研究重點還是側(cè)重在制備技術(shù)方面，有關(guān)應(yīng)用方面的研究主要側(cè)重于原理性和可行性的研究。因而，新型電子陶瓷材料真正進入實際應(yīng)用有待于進一步研究。隨著表面貼裝技術(shù)（SMT）中片式元器件用量的增幅日益上升，新型電子陶瓷材料要滿足片式化、小型化、復(fù)合化、智能化以及微波高頻大容量等方面的需求。

    電子陶瓷的品種繁多，性能各異，在光學(xué)、生物、微電子、能源、環(huán)保與節(jié)能、超導(dǎo)等諸多領(lǐng)域都能得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，會對電子陶瓷材料的品種、性能、形狀、精密度等方面,提出更加苛刻的要求，只有不斷地開發(fā)與采用新的制備工藝與裝備，創(chuàng)造新的材料體系，才能使電子陶瓷新材料在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用。

 

    信息、能源和材料，是現(xiàn)代科技的三大支柱。而磁性材料在信息和能源的發(fā)展中，占有重要地位。例如，與信息記錄、存儲和取出有關(guān)的磁記錄材料(其制品為磁帶、磁盤和磁卡)，是當前高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分；在能源功能材料中，釹鐵硼永磁材料，在火力發(fā)電機組，航空、汽車、電腦驅(qū)動器中，均有大量應(yīng)用。一般認為，磁性材料是當前僅次于半導(dǎo)體材料的、在高新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)中具有廣泛應(yīng)用的一類功能材料。專家分析，世界磁性材料將以15%的年增長率發(fā)展。

    在急速發(fā)展的全球信息化中，為滿足節(jié)能、環(huán)保和電子信息設(shè)備數(shù)字化、多功能、智能化、小型、輕便、靈巧等多種需要，磁性材料工業(yè)的狀況越來越成為衡量一個國家信息化程度的一個重要標志。若一個國家的鋼鐵產(chǎn)量能代表該國工業(yè)化水平的話，則一個國家的磁性材料產(chǎn)量即能反映該國信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平;而一個國家磁性材料的人均消耗量則能反映本國人民的生活水平。有資料表明，中國及發(fā)展中國家磁性材料的人均消耗量僅為歐美等發(fā)達國家的十分之一弱，因此在發(fā)展中國家磁性材料仍是大有發(fā)展前景的一個產(chǎn)業(yè)。

    目前世界市場超過200億美元（見表1）產(chǎn)值的磁性材料已是現(xiàn)代社會發(fā)展和電子、計算機、通信等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)代工業(yè)的一塊基石。全球磁性材料的產(chǎn)量和產(chǎn)值，自50年代以來，幾乎每隔10年翻一番，其中作為電力、電機工業(yè)基礎(chǔ)的軟磁材料在總產(chǎn)值中一直處于主導(dǎo)地位。發(fā)展至目前，就應(yīng)用于電子信息業(yè)而言，永磁材料的產(chǎn)值大致與軟磁材料相當。以后永磁材料的發(fā)展將會更快。

 

表1 世界及中國磁性材料產(chǎn)量、產(chǎn)值（萬噸、美元）

 

    當今世界磁性材料呈現(xiàn)了兩個顯著特點:一是亞洲更加突出其中心和大本營地位。除最大生產(chǎn)國日本仍基本保持其原有的生產(chǎn)水平外，其他亞洲國家和地區(qū)都有較大幅度發(fā)展，其中我國發(fā)展速度居首位，現(xiàn)已成為世界第二生產(chǎn)大國;二是生產(chǎn)重心逐步向發(fā)展中國家(地區(qū))轉(zhuǎn)移。

磁性材料按其磁化特性，可分為硬磁(又稱永磁)和軟磁兩大類；按其化學(xué)成分，主要分為金屬(包括合金)和鐵氧體(過渡金屬氧化物及其復(fù)合氧化物，包括非鐵氧化物CrO₂、EuO和MnNiO₃)；從使用形態(tài)，又可分為塊狀體、粉體和薄膜。

    從歷年發(fā)展狀況看，磁性材料(產(chǎn)品)呈現(xiàn)出以下特征：磁性材料的總體性能有大幅度提高，軟磁鐵氧體產(chǎn)品的生產(chǎn)，穩(wěn)中有升；高性能稀土永磁產(chǎn)品，特別是稀土永磁繼續(xù)迅速攀升；永磁鐵氧體產(chǎn)品特別是汽車用中、高檔產(chǎn)品市場不斷擴大，產(chǎn)量逐漸增長；粘結(jié)永磁體主要是釹鐵硼(NdFeB)成為世界、中國和東南亞地區(qū)競相開發(fā)的熱點。

    目前，永磁鐵氧體的最大磁能積(BH)_max已提高到42.0KJ/Cm³(5.2MGOe)，軟磁鐵氧體的磁導(dǎo)率已達18000～20000，功率鐵氧體的使用頻率達3MHz以上，釹鐵硼(NdFeB)永磁的磁能積(BH)_max達到444KJ/cm³(55.8MGOe)。下面，分別對永磁材料、軟磁材料和磁記錄介質(zhì)材料的現(xiàn)狀和發(fā)展進行簡介。

 

    60年代以來，全球永磁體產(chǎn)量每隔10年就增長2.5倍，2001年的產(chǎn)值達80億美元，占磁性材料總產(chǎn)值的70%。表2為2004年世界永磁材料市場產(chǎn)值。

    2002年全球的燒結(jié)NdFeB總產(chǎn)量已達到1.8萬噸，其中中國的產(chǎn)量為1萬噸，占全球的60%。日本日立金屬公司是全球最大的燒結(jié)NdFeB生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力為8000噸左右，日立金屬公司美國工廠年生產(chǎn)能力不足500噸；信越化學(xué)和TDK為日本的另外兩家燒結(jié)NdFeB生產(chǎn)企業(yè)。德國的VAC和芬蘭的NEOREM兩家公司，年生產(chǎn)能力為1200噸左右。粘結(jié)NdFeB最大的生產(chǎn)企業(yè)國外只有日本大同公司一家。其它的的粘結(jié)NdFeB的生產(chǎn)企業(yè)主要在中國。中國上海愛普生和成都銀河的生產(chǎn)規(guī)模相當，僅次于日本大同公司。

    中國釹鐵硼材料產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，自1996至2000年，我國燒結(jié)釹鐵硼年產(chǎn)量增長了1.5倍，年均遞增速度達20%，5年累計銷售總額達66億元人民幣，出口創(chuàng)匯5億美元。目前年生產(chǎn)能力達1000噸以上的有3家：中科三環(huán)、韻聲強磁和山西恒磁。浙江寧波地區(qū)、京津地區(qū)和山西省形成了中國釹鐵硼三大基地，產(chǎn)量占全國產(chǎn)量的90%以上。目前，中科三環(huán)、北京京磁、清華銀納、寧波韻聲和安泰科技都有自己的專利產(chǎn)品。國內(nèi)稀土永磁材料的產(chǎn)量發(fā)展很快，但主要應(yīng)用在低檔產(chǎn)品上。預(yù)計“十一五”期間我國永磁鐵氧體生產(chǎn)能力將達到21萬噸，軟磁鐵氧體將達到9.4萬噸，稀土永磁材料將達到1萬噸，形成了浙江橫店永磁鐵氧體、海寧軟磁鐵氧體、寧波釹鐵硼等三大磁性材料生產(chǎn)基地的格局。

 

表2  2004年世界永磁材料市場產(chǎn)值

項目	產(chǎn)值（百萬美元）
燒結(jié)永磁鐵氧體	2110
粘結(jié)永磁鐵氧體	1153
燒結(jié)NdFeB永磁體	3034
粘結(jié)NdFeB永磁體	819
燒結(jié)SmCo永磁體	517
粘結(jié)SmCo永磁體	231
AlNiCo永磁體	252

 

    永磁鐵氧體在永磁材料中，盡管綜合磁性能較低，但與金屬永磁相比，電阻率高、穩(wěn)定性好、耐環(huán)境變化力強、原料來源豐富、性能價格比較高、工藝簡便成熟，又不存在氧化問題，故在永磁材料的諸多應(yīng)用領(lǐng)域里，它仍是最理想的首選永磁材料。永磁鐵氧體自50年代批量生產(chǎn)以來，其發(fā)展勢頭十分迅猛，目前產(chǎn)值約為稀土永磁的1.5倍，預(yù)計今后較長一段時間內(nèi)，它仍將是應(yīng)用最廣、需求量最大的永磁材料。

    永磁材料發(fā)展趨勢為：獲得新型強磁晶各向異性、高居里溫度、高穩(wěn)定性的稀土永磁材料，包括納米晶及納米復(fù)合材料；高磁性能的稀土永磁薄膜替代Co/Pt和Fe/Pt薄膜材料；納米晶永磁材料理論磁能積達到125MGOe以上的納米和非晶金屬永磁材料；500oC以上的高溫永磁材料。

     永磁鐵氧體及其應(yīng)用產(chǎn)品是一種典型的節(jié)能、節(jié)材、節(jié)匯和出口創(chuàng)匯產(chǎn)品。無論是從資源利用角度，還是從能源和應(yīng)用的角度來看，其發(fā)展前景都是十分廣闊的。發(fā)展永磁鐵氧體對發(fā)展中國汽車、摩托車、電子信息等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)及.出口創(chuàng)匯者倒熟有重大意義，符合國家產(chǎn)業(yè)政策與規(guī)劃，因此既十分必要，又大有可為。

 

    金屬軟磁合金在磁性材料中一直占據(jù)主導(dǎo)地位，從表1可見金屬軟磁合金在產(chǎn)量上約占總產(chǎn)量的92%，而產(chǎn)值則占72%。金屬軟磁合金主要是電工鋼(Si鋼)和鐵鎳合金，其中電工鋼又占絕對優(yōu)勢。目前全世界電工鋼的總產(chǎn)量約650萬t，占世界鋼產(chǎn)量的1%，其中美國年產(chǎn)約150萬t，產(chǎn)值26億美元。鐵鎳合金，1995年美國年產(chǎn)3180t，產(chǎn)值0.84億美元；日本714lt，產(chǎn)值1.88億美元；中國693t，產(chǎn)值1.03億人民幣。

     探尋新的金屬軟磁材料如非晶合金、超微晶和納米晶等，并向電子信息技術(shù)領(lǐng)域里擴大應(yīng)用是當前開發(fā)的熱點，如0.5%Sn的Fe₈₃Si₂B₁₅非晶合金，Bs達到1.65T，其鐵損僅為取向硅鋼板的1/5并已用于電力變壓器中；加Cu、Nb等元素的Fe-Si-B系納米晶軟磁合金，具有高Bs、高μ的特點，現(xiàn)已用于高頻電源里；濺射Fe-M-B(M=Zr、Ta、Hf)納米晶薄膜，Bs值1.ST，可作成高密度磁記錄頭。

 

表3  世界和中國軟磁鐵氧體的產(chǎn)量（萬噸）

 

    軟磁材料包括金屬軟磁合金和軟磁鐵氧體兩大類。軟磁鐵氧體在高頻下具有電阻率大、μ高、損耗低等特點而被廣泛應(yīng)用于電子信息產(chǎn)業(yè)中，如用作計算機、通信、電磁兼容(EMC)等開關(guān)電源、濾波器和寬帶變壓器中的磁芯，用作電視機、收音機等家用電器的電子束偏轉(zhuǎn)線圈、回掃變壓器、中周變壓器、電感器磁芯等，主要分為MnZn和NiZn兩大系列。表3列出了世界及我國軟磁鐵氧體的產(chǎn)量變化及未來市場預(yù)測。

    隨著開關(guān)電源高頻化及電子裝備數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，軟磁鐵氧體拓展了更大的市場空間。據(jù)專家和業(yè)內(nèi)人士估算分析，近10年間世界軟磁鐵氧體以年均增長率5～15%的速度向前發(fā)展，中國和東南亞地區(qū)年增長率分別達到17.8%和13.4%。

    從技術(shù)角度看，功率鐵氧體和高磁導(dǎo)率鐵氧體仍是技術(shù)開發(fā)的重點。低損耗、高頻化和小型化則是開關(guān)電源變壓器、DC-DC變換器及回掃變壓器用鐵氧體磁芯的基本要求；為適應(yīng)寬帶變壓器、脈沖變壓和抗EM工濾波器發(fā)展的需要，大力發(fā)展高林、寬頻鐵氧體材料及磁芯則是必然的方向;高清晰度電視和顯示器使用的偏轉(zhuǎn)線圈磁芯，移動通信用的片式電感(及其復(fù)合件)，高頻NiZn系材料也是重要的技術(shù)開發(fā)方向。

    目前發(fā)展較快的高性能軟磁鐵氧體產(chǎn)品主要有：功率鐵氧體約占軟磁鐵氧體總產(chǎn)量的25%，高μ材料約占20%；寬帶射頻鐵氧體和電子鎮(zhèn)流器約占15%，其他還有抗電磁干擾（EMI）器件等。

 

     由于磁記錄在音、像、數(shù)字記錄、存儲和取出等信息技術(shù)中有許多優(yōu)點，且有較長的應(yīng)用歷史，它在今后一般時間里依然是主要的記錄技術(shù)(目前光記錄發(fā)展迅速)。磁記錄材料在市場上的產(chǎn)品，主要是錄音和錄像帶，計算機配套用磁盤，以及數(shù)字處理用磁卡。磁記錄發(fā)展的主要技術(shù)指標是不斷提高面記錄密度(其單位是每平方英寸面積內(nèi)記錄的信息單位“比特”數(shù)，即b/in²)。1989年美國IBM公司宣布研制出1Gb/in²的磁盤，1991年日本日立公司又將磁盤面密度提高到2Gb/in²。據(jù)推測，以1989年全世界磁記錄介質(zhì)工業(yè)產(chǎn)值為18.5億美元為起點，將以每年平均35%的速度增長，至2005年將達55.40億美元�？梢姶庞涗浗橘|(zhì)材料，無論在性能上，還是在產(chǎn)量和產(chǎn)值上，今后10年內(nèi)都將迅速增長。

    目前我國磁記錄材料生產(chǎn)和技術(shù)水平，與日、美等發(fā)達國家相比，還有一定差距。80年代后期從國外引進的幾條生產(chǎn)線均存在消化吸收問題；磁帶、盤、卡國內(nèi)市場受進口貨沖擊，致使國內(nèi)磁記錄材料生產(chǎn)在經(jīng)濟效益上不佳。當前，磁記錄介質(zhì)材料γ-Fe₂O₃和Co-γ-Fe₂0₃磁粉，國內(nèi)外市場正處于供不應(yīng)求階段。這一方面是由于8mm錄像帶和高密度磁盤銷售量急劇增加所刺激，另一方面是由于磁粉生產(chǎn)存在一定的環(huán)境污染問題和受原材料、人力資源等限制較大，以及磁粉生產(chǎn)技術(shù)屬無機精細化學(xué)品類，其生產(chǎn)工藝和技術(shù)要求較高。

 

 

 

    壓電晶體材料有人造石英晶體、鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體、金剛石等，壓電晶體材料是制造聲表面波器件、諧振器、振蕩器等頻率元件的關(guān)鍵材料。

    歐、美、日等發(fā)達國家和地區(qū)生產(chǎn)的低頻SAW器件在彩色電視機中的應(yīng)用比例已由20世紀90年代中期的58%下降到現(xiàn)在的18%左右，其中相當大比例的產(chǎn)品已轉(zhuǎn)移到通信產(chǎn)業(yè)，特別是移動電話（900MHz/1800MHz/1900MHz/2400MHz SAWF）上。壓電薄膜（ZnO/Al₂O₃）制作的3GHz以下的高頻率SAW器件已商品化，并已應(yīng)用于光纖通信及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。

    壓電晶體與薄膜材料有兩個特別值得注意的發(fā)展方向：一是結(jié)構(gòu)由晶體向薄膜方向發(fā)展，這對信息產(chǎn)業(yè)的通信領(lǐng)域高頻化發(fā)展具有重要意義；二是功能向復(fù)合效應(yīng)方向發(fā)展。固體微電子器件的3大領(lǐng)域——集成電路（IC）、聲表面波器件（SAWD）及電荷耦合器件（CCD）有復(fù)合化的趨勢，聲電荷遷移器件ACT和壓電半導(dǎo)體材料（如砷化鎵）、鍺酸鉍、鈮酸鉀、金剛石薄膜等受到了廣泛重視。

 

    當前世界壓電石英晶體的年產(chǎn)量約6000噸，從生產(chǎn)能力和年產(chǎn)量來說，中國已成為世界上最大的壓電石英晶體生產(chǎn)國。2002年我國石英晶體產(chǎn)量達到約2000噸，據(jù)不完全統(tǒng)計， 目前中國從事該材料生產(chǎn)的企業(yè)大約70家，2003年產(chǎn)量約2200噸，大多數(shù)為Y棒、Z塊等中低檔產(chǎn)品，晶體直徑為2～3英寸。產(chǎn)品檔次、生產(chǎn)技術(shù)、經(jīng)濟效益等方面與發(fā)達國家有較大差距，還不能適應(yīng)我國信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需要。無線通信仍是目前中國引導(dǎo)壓電晶體時常需求和技術(shù)進步的主要支撐點。 

     由于中國頻率電子元器件的總量增長較大，故中低檔體聲波晶體和聲表面波（SAW）晶體仍將保持一定的增長。光學(xué)石英晶體仍是市場看好的產(chǎn)品，其主要原因在于該產(chǎn)品對包裹體、應(yīng)力和光學(xué)均勻性要求甚高，生產(chǎn)技術(shù)難度大，一直是附加值較高的產(chǎn)品。高頻、高穩(wěn)定度、微小型化和片式化的石英晶體元器件，要求壓電石英晶體具有高純度、低腐蝕隧道密度、高Q值和高均勻性。壓電陶瓷的主流產(chǎn)品是鈮酸鋰（LN）和鉭酸鋰（LT）。LN的主要應(yīng)用市場是手機等移動通信領(lǐng)域的2GHz的SAW濾波器；LT在彩色TV、VTR的中頻濾波器應(yīng)用方面市場穩(wěn)定。2003年LN和LT的市場需求量分別為15噸和11噸。

 

    美國、日本覆銅板的技術(shù)水平代表了國際上覆銅板的科技發(fā)展水平，主要有新型低介電常數(shù)覆銅板，積層法多層板用涂樹脂銅箔，芳酰胺無紡布增強的半固化片，低線膨脹系數(shù)的封裝基板用覆銅板，無鹵化覆銅板，二層型無粘接劑撓性覆銅板，帶載封裝薄型連續(xù)法生產(chǎn)的FR-4等。日本開發(fā)并掌握了以上的所有技術(shù)而歐洲、美國也擁有以上技術(shù)，臺灣擁有低介電常數(shù)各類覆銅板和無粘接劑撓性覆銅板的技術(shù)。

    其發(fā)展趨勢為：高耐熱性或高玻璃化溫度（Tg）；高尺寸穩(wěn)定性或低熱線膨脹系數(shù)；低介電常數(shù)或高介電常數(shù)的各種CCL；耐離子遷移性；介質(zhì)層厚度的均勻性和平整度；無鹵素CCL（不含鹵素及銻化合物等對環(huán)境有影響的物質(zhì)）；具有各種功能的特種覆銅板材料，如導(dǎo)熱覆銅板及粘接片、平面電阻和平面電容材料等。

    我國現(xiàn)有覆銅板生產(chǎn)企業(yè)70余家，產(chǎn)能估計可達近億平方米。據(jù)統(tǒng)計，2002年全國CCL總產(chǎn)量達到8390萬平方米，產(chǎn)品技術(shù)多屬于中低檔，附加值低，利潤較小。

 

    近年來，國內(nèi)外信息技術(shù)發(fā)展異常迅猛，由此而形成的信息通訊產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。由此也極大地推動了新型綠色電池技術(shù)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化進程。新型綠色環(huán)保電池是指近年來已投入使用或正在研制、開發(fā)的一類高性能、無污染電池。作為通信使用的電池，以下新型綠色電池技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤為迅速：

（1）貯氫材料及金屬氫化物鎳蓄電池；

（2）鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子蓄電池；

（3）聚合物電解質(zhì)鋰蓄電池或鋰離子蓄電池；

（4）鋅空氣電池和PEM燃料電池。

    推動這些熱點電池技術(shù)發(fā)展的真正推動力來自于科學(xué)工作者近年來在電池新材料領(lǐng)域取得的重大突破。其中穩(wěn)定的貯氫合金材料使金屬氫化物鎳電池得以問世；對鋰離子可逆嵌入及脫嵌的碳或石墨材料及相關(guān)電解質(zhì)的配合應(yīng)用，使鋰離子電池得以問世；聚合物質(zhì)子交換膜的不斷完善，使PEM燃料電池向?qū)嵱没较虬l(fā)展等等。

    金屬氫化物鎳蓄電池（NiMH）與鎘鎳蓄電池（NiCd）有相同的工作電壓（1.2V），但由于采用稀土合金或TiNi合金貯氫材料作為負極活性物質(zhì)，取代了致癌物質(zhì)鎘，不僅使這種新型電池成為一種綠色環(huán)保電池，而且使電池的比能量提高了近40％，達到60～80Wh/kg和210～240Wh/L。這種電池是90年代初逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并且首先使用于手機電池。目前雖然它在手機上的主導(dǎo)地位逐步被鋰離子電池取代，但是在歐美手機應(yīng)用中，其市場占有率仍在50％左右。

    新型Ni/MH電池在日本已形成規(guī)模，技術(shù)已基本成熟。日本氫鎳電池產(chǎn)業(yè)在近幾年擴展迅猛，正是移動通信、筆記本計算機飛速增長對高性能、無污染小型化電池的需求旺盛的結(jié)果。當前，大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品已包括圓柱型AAA系列；AA系列，A系列和方形電池系列，其中AAA系列、AA系列和方形電池系列產(chǎn)品主要用于移動通信等，而A系列產(chǎn)品主要用于筆記本計算機等。

    由于手機向小型化、低電壓趨勢發(fā)展，AAAA金屬鎳氫化物鎳蓄電池產(chǎn)品有可能問世，同時2只電池串聯(lián)（2.4V）組合有可能直接得到應(yīng)用，除此之此，凡用3.6V供電的體系，將逐步由鋰離子電池及塑料鋰離子電池所取代（一只3.6V）�！　〉壳敖饘贇浠镦囆铍姵匾言诟吖β史矫骘@露優(yōu)勢，這一技術(shù)發(fā)展方向已受到各國的重視。美國永備公司的氫鎳電池也已實用化，它比鎘鎳電池在電動工具中的工作能力有顯著提高，因此受到市場歡迎。同時日本松下公司新開發(fā)的方形6.5Ah高功率氫鎳電池及電池組（388V）已用于豐田公司開發(fā)的實用型混合動力汽車，這種電池組的壽命可與汽車同步，達到10年不更換。

    在氫鎳電池領(lǐng)域主要的技術(shù)發(fā)展趨勢是：以大容量電池和高功率電池為主要發(fā)展方向，尋找更為廣泛的市場應(yīng)用（汽車42V電池，電動汽車及混合動力電池等），按照以上方向，需要進一步著重解決以下關(guān)鍵材料：

（1）研究高性能，高穩(wěn)定性貯氫合金材料，使其分別對提高比能量和比功率有明顯作用；

（2）研究高表面導(dǎo)電性Ni（OH）2材料，進一步提高正極的利用率和高倍率放電性能。

    鋰離子蓄電池（Li-ion）系由可使鋰離子嵌入及脫嵌的碳作負極，可逆嵌鋰的金屬氧化物作正極（LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4）和有機電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓為3.6V，因此一個鋰離子電池相當于三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。由此這種電池的比能量是可以超過100Wh/kg和280Wh/L，又大大超過了金屬氫化物鎳蓄電池的比能量。鑒于以上優(yōu)點，自1993-2000年短短的幾年中，其生產(chǎn)量和使用量以極高的速度增長。
　　除去加速擴大生產(chǎn)規(guī)模之外，各國對這一新體系的研究工作方興未艾，繼續(xù)尋找新材料，進一步提高電池性能和降低電池成本。現(xiàn)在在多數(shù)電池產(chǎn)品中使用LiCoO₂。也已有小部分產(chǎn)品開始使用LiNi_0.8 CO_0.2 O₂及LiMn₂O₄替代，前者可以提高電池的比能量，而后者可以降低電池的成本。負極材料碳是多種多樣的，最近發(fā)現(xiàn)天然石墨不僅價格適宜，而且可以達到很高的比容量和低的容量損失（由原6％降至4％以下）。另外，對電解質(zhì)材料和隔膜材料的研究也在繼續(xù)進行中。

 

 

 

    電子信息材料的總體發(fā)展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發(fā)展。新型電子元器件用材料主要向小型化、片式化方向發(fā)展。磁性材料、電子陶瓷材料、壓電晶體與薄膜材料、綠色電池材料、信息傳感材料等將成為發(fā)展的重點。

 

    從總體上說，永磁材料正在向著高磁能積、高矯頑力、高剩磁方向發(fā)展，NdFeB永磁合金最大磁能積已達52MGOe；軟磁材料正在向著高飽和磁通密度、高磁導(dǎo)率、低磁損耗、低矯頑力、高截止頻率方向發(fā)展，正在開發(fā)的納米微晶軟磁合金磁導(dǎo)率高達100000H/m，飽和磁感應(yīng)強度可達1.3T。磁記錄器的高密度、低噪音、小型化，要求磁粉的顆粒尺寸由微米向亞微米、納米方向發(fā)展，且顆粒尺寸分布要盡可能窄。磁記錄設(shè)備和介質(zhì)在計算機存儲領(lǐng)域仍占據(jù)絕對優(yōu)勢。據(jù)報道，1998年硬盤的年銷售量為1.45億臺，年銷售收入300．8億美元，2002年增長到2．53億臺，銷售收入達到503.2億美元；傳統(tǒng)軟盤的銷量在逐年下降，但軟盤驅(qū)動器年銷量仍在l億臺左右，軟盤近20億片；大容量軟盤的需求呈迅速增長的趨勢，1999年大容量軟盤驅(qū)動器需求為2100萬臺，盤片數(shù)億片。世界磁粉年銷售近10萬噸，產(chǎn)值約10億美元。由于高密度軟盤和數(shù)字磁帶的發(fā)展，近年來對高性能金屬磁粉的需求明顯增加。

 

    世界各著名大公司加大了對新材料、新品種、新技術(shù)、新工藝、新裝備的投資力度。日本TDK和京都陶瓷公司的研究開發(fā)費為2.93億美元和2.3億美元，分別占銷售額的5％和3％；美國AMP公司開發(fā)費為5.79億美元，占銷售額的10.6％；大規(guī)模生產(chǎn)，正在迅速將傳統(tǒng)的陶瓷組件和復(fù)合元器件全面推向片式化、小型化，大幅度提高了產(chǎn)品的性能，降低了制造成本。

 

    高比能、長壽命、小型化、輕型化、無毒污染的綠色電池的需求快速增長，需要大力發(fā)展高性能的鎳氫電池、鋰離子電池用的MH合金、Ni OH ₂以及LiCo0₂、LiMn₂O₄和MCMB等電極材料。

 

    信息傳感材料是具有信息獲取、轉(zhuǎn)換功能的材料，包括多種半導(dǎo)體、功能陶瓷、功能高分子和光纖材料。與早期的機械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)型傳感器相比，體積小、生產(chǎn)成本低。設(shè)計、合成具有新的物理、化學(xué)敏感功能，特別是具有生物和復(fù)合功能的新材料，進一步提高材料的敏感度和反應(yīng)滯后及恢復(fù)速度，是追求的主要目標。

 

 

    磁性材料：中國磁性材料的工業(yè)生產(chǎn)在國際上占有重要地位，其中永磁鐵氧體產(chǎn)量達10萬噸，居世界首位；軟磁鐵氧體產(chǎn)量4萬噸，居世界前列；稀土永磁體產(chǎn)量達3800噸，排世界第二；稀土粘結(jié)磁160噸；非晶態(tài)軟磁合金400噸左右。限于提供中低性能水平的材料，下游的磁帶、錄像帶、軟盤等行業(yè)的不景氣直接沖擊了該領(lǐng)域。高性能材料的細分市場基本上是空白。
　　壓電晶體材料：其中а-SiO₂(石英)年產(chǎn)量1700噸，有部分出口；LiNbO₃和LiTaO₃單晶共20噸。高檔、高性能材料靠進口。其它壓電材料尚處于實驗室研究階段。
　　電子陶瓷材料：其中的陶瓷基片產(chǎn)量10萬平方米；圓片陶瓷電容器瓷料400噸，已批量出口；多層陶瓷電容器瓷料120噸；熱敏電阻瓷料350噸，壓敏電阻瓷料220噸；壓電頻率元件瓷料500噸。各類瓷料總共可滿足內(nèi)需的60％左右，材料質(zhì)量與國際先進水平比有差距。
　　綠色電池材料：鎳氫電池的MH合金目前產(chǎn)量800噸，Ni（OH）₂產(chǎn)量2500噸，用于鋰離子電池的氧化鈷鋰、氧化錳鋰材料市場還是空白，籌建中的產(chǎn)品線以外資企業(yè)居多，即使加上一些中試生產(chǎn)線的產(chǎn)能，也遠遠不能滿足需求。中國材料的各項性能指標還比較落后。
　　電路板材料：覆銅板材料產(chǎn)能約為12萬噸，銅鉑3500噸，玻璃纖維布約6000萬米。這些材料的目前總產(chǎn)量都只能滿足部分內(nèi)需。
　　總之，短缺是當前中國新型電子元器件用材料市場最根本的特征（見表4）。盡管中國新型電子元器件用材料行業(yè)還不足以使其獨立地服務(wù)于中國的信息產(chǎn)品大市場，其中的很多關(guān)鍵性市場如芯片材料、光纖原料、高檔元器件材料等，仍為外國廠商所占據(jù)，但是行業(yè)的運行態(tài)勢正在向有利的方向發(fā)展，或許信息材料產(chǎn)業(yè)正醞釀著大的突破。

 

表4  中國新型元器件用材料需求量

材料類別			目前生產(chǎn)能力	2010年需求量
新型元器件用材料	磁性材料	永磁鐵氧體	10萬噸	15萬噸
		軟磁鐵氧體	4萬噸	8萬噸
		稀土永磁體	3800噸	10000噸
		稀土粘結(jié)磁	160噸	10000噸
		非晶態(tài)軟磁合金	400噸	2000～3000噸
	電子陶瓷材料	基片	10萬平方米	30萬平方米
		各種瓷料	1700噸	5300噸
	壓電晶體材料	石英	1760噸	2200噸
		鈮酸鋰	30噸	60噸
		鉭酸鋰	15噸	40噸
	綠色電池材料	MH合金	800噸	2500噸
		高性能Ni（OH）2	10～20噸	3000噸
		氧化鈷鋰	——	500噸
		氧化錳鋰	——	300噸
		碳基（MCMB）材料	10～20噸	400噸
	電路板材料	覆銅板材料	21萬噸	62萬噸
		銅箔	4500噸	15000噸

 

2．差距和問題
　　中國信息材料產(chǎn)業(yè)與發(fā)達國家的差距，在基礎(chǔ)研究和研制，以及在產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)等兩個層面上都存在著一定的差距，其中后者的差距恐怕更大一些。中國在半導(dǎo)體材料、光電子材料的很多細分領(lǐng)域，雖然基礎(chǔ)研究與開發(fā)已居于世界前列甚至領(lǐng)先地位，但由于材料加工工藝問題、裝備問題未能解決，因此大量先進的成果只能被長期困在實驗室中。不僅如此，中國的新材料科研開發(fā)力量的分布也相對分散，研發(fā)與生產(chǎn)之間往往脫節(jié)。中國在信息材料產(chǎn)業(yè)的資源配置方面還存在不合理與浪費的情況。
　　與國外的三大領(lǐng)域相比，中國在新型元器件材料上存在的差距更大些，大量的中高檔仍然靠進口。與此同時，中國還是國際元器件市場的主要出口國，但輸出的元器件基本上是低檔產(chǎn)品。兩者之間存在著反差。美國信息材料產(chǎn)業(yè)在全球處于絕對領(lǐng)先的地位，其在半導(dǎo)體材料、光電子材料優(yōu)勢和實力無人能比。而在新型元器件材料領(lǐng)域美、日、歐各有千秋，美國的整體優(yōu)勢略突出。從各細分領(lǐng)域看，中國新型元器件材料產(chǎn)業(yè)存在如下的一些差距。

    (1)磁性材料：國外燒結(jié)釹鐵硼已能大量生產(chǎn)，最大磁能積（BH）max=413kJ/m³的永磁合金；而國內(nèi)大量生產(chǎn)的是（BH）max=（199～278）kJ/m³的中低檔材料，只有少數(shù)企業(yè)能批量生產(chǎn)（BH）max=（334～358）kJ/m³的材料。永磁體國外已能大量生產(chǎn)FB4、FB5、FB6產(chǎn)品，（BH）max達41.6kJ/m³；而中國只有部分工廠能生產(chǎn)FB4系列產(chǎn)品。軟磁體國外PC44級1992年就開始大批量生產(chǎn)；而中國大量生產(chǎn)的是中低檔產(chǎn)品，相當于PC44級的材料，尚待開發(fā)和生產(chǎn)。金屬磁粉國外的顆粒超細均勻，性能穩(wěn)定，工藝性好，已能規(guī)模生產(chǎn)；而國內(nèi)只限于實驗室試制，顆粒分布不勻，工藝性差，尚不能規(guī)模生產(chǎn)。
　　(2)電子陶瓷材料：國外的瓷料超細、均勻，性能穩(wěn)定，規(guī)�；a(chǎn)，成立達3萬噸。陶瓷元器件片式化率大70％以上。而國內(nèi)的瓷料一致性、穩(wěn)定性差，生產(chǎn)規(guī)模小，國內(nèi)總產(chǎn)量僅為1560噸。熱敏電阻器、壓敏電阻器、壓電頻率元件尚未片化，陶瓷電容片式化率僅為39％。高性能微波陶瓷于器件尚未商品化。
　　(3)綠色電池材料：負極材料MCMB，國外的比容量的研制水平和實用化水平分別330mAh/g和320mAh/g。而國內(nèi)比容量的研制水平和實用化水平分別為300mAh/g和260mAh/g
　　

 

    中國的IT產(chǎn)業(yè)即將進入快速發(fā)展時期，這一點已成為人們的普遍共識。在信息產(chǎn)品市場的拉動下，電子信息材料產(chǎn)業(yè)也將獲得持續(xù)較快的增長。電子信息材料業(yè)在IT產(chǎn)業(yè)中乃至整個國民經(jīng)濟中的地位將會進一步上升。

　　根據(jù)中國工程院的專項調(diào)查與預(yù)測，中國2005年新型元器件材料市場需求情況是：磁性材料中的永磁鐵氧體15萬噸，軟磁鐵氧體6萬噸，稀土永磁體8000～10000噸，稀土粘結(jié)磁1000噸，非晶態(tài)軟磁合金2000～3000噸；電子陶瓷材料中的基片30萬平方米，各種功能陶瓷5300噸；壓電晶體材料中的石英2200噸，鈮酸鋰30噸，鉭酸鋰15噸；綠色電池材料中的MH合金2500噸，Ni(OH)₂約3000噸，氧化鈷鋰600噸，氧化錳鋰300噸，碳基(MCMB)材料400噸；覆銅板材料20萬噸；銅箔15000噸；玻璃纖維布1.5億米。

    據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部的預(yù)測，2000年中國電子信息產(chǎn)品市場規(guī)模達1萬億元人民幣，這大約相對于全球市場總規(guī)模的9％。2005年中國市場的總規(guī)模還將在此基礎(chǔ)上再翻一番，屆時將全球市場總規(guī)模的13％。巨大的市場需求，將拉動中國信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，尤其是將會促進新型元器件材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 

 

 

參考文獻：

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2  余聲明，磁性材料的新近發(fā)展，世界產(chǎn)品與技術(shù)，Jan. 2003

3  畢見強等，磁性材料的研究和發(fā)展趨勢，山東大學(xué)學(xué)報，Vol. 29 No. 4，Jun. 2003

4  袁桐，電子信息材料“十五”發(fā)展展望，新材料產(chǎn)業(yè)，2001年4月刊，第4期

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7  Rode K, et al.[J].J Appl Phys, 2003, 93(10):7676.

8  Tomida T, et al.[J].J Appl Phys, 2003, 93(10):8647.

 

作者簡介：

楊邦朝，教授，博士生導(dǎo)師；任輝，碩士，微電子與固體電子學(xué)院，電子科技大學(xué)

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