Dielektryki ceramiczne stanowią istotną gałąź ceramiki elektronicznej, wykorzystywaną przede wszystkim do wytwarzania materiałów dielektrycznych do różnego rodzaju kondensatorów. Ich podstawowe cechy obejmują wysoką stałą dielektryczną, niską stratę dielektryczną i stabilną charakterystykę temperaturową.
Typ o wysokiej stałej dielektrycznej (klasa I)
Wykorzystując tytanian baru (BaTiO₃) jako materiał rdzenia, powstają roztwory stałe poprzez domieszkowanie pierwiastków, takich jak stront (Sr) i wapń (Ca), umożliwiając nagłą zmianę stałej dielektrycznej w pobliżu temperatury Curie. Typowe materiały, takie jak układ BaTiO₃-SrTiO₃, mogą osiągać stałe dielektryczne w zakresie od 1000 do 3000; jednakże ich stabilność temperaturowa jest stosunkowo słaba.
Materiały te są szeroko stosowane w wielowarstwowych kondensatorach ceramicznych (MLCC) i szczególnie dobrze-nadają się do zastosowań w elektronice użytkowej wymagających dużej gęstości pojemności-takich jak obwody filtrujące moc w smartfonach i tabletach.
Typ z kompensacją temperatury (klasa II)
Materiały te, bazujące na tytanianu magnezu (MgTiO₃) lub tytanianu strontu (SrTiO₃), osiągają liniową zmianę stałej dielektrycznej wraz z temperaturą poprzez kontrolowanie wielkości ziaren i współczynników domieszkowania. Typowe materiały, takie jak układ MgTiO₃-CaTiO₃, charakteryzują się stałą dielektryczną w zakresie od 15 do 200 i współczynnikiem temperaturowym do ±220 ppm/stopień.
W porównaniu z materiałami o wysokiej stałej dielektrycznej materiały te wykazują niższą stratę dielektryczną (mniejszą lub równą 0,001), dzięki czemu nadają się do zastosowań w przetwarzaniu sygnałów o wysokiej-częstotliwości.
Typ półprzewodnika (klasa III)
Wprowadzając zanieczyszczenia akceptorowe (takie jak Mn lub Nb) do matrycy tytanianu baru, tworzy się półprzewodnikowa warstwa graniczna ziaren; wykorzystuje to efekt bariery na granicy ziaren, aby uzyskać nieliniową charakterystykę prądu-napięcia. Typowe materiały, takie jak układ BaTiO₃-MnO₂, mogą osiągnąć współczynnik nieliniowości w zakresie od 1000 do 5000.
Typ dielektryka mikrofalowego
Bazujące na cyrkonianach (np. ZrTiO₄) lub cynianach (np. SnTiO₄) materiały te osiągają niską stratę dielektryczną (mniejszą lub równą 0,0001) i wysoki współczynnik jakości (wartość Q×f > 10 000) dzięki optymalizacji ich struktury fazy krystalicznej.
Typ nanokompozytu
Wykorzystując metody takie jak przetwarzanie zol-żelu lub synteza hydrotermalna, nanocząstki ceramiczne (np. nanoproszek BaTiO₃) łączy się z matrycą polimerową, tworząc elastyczne materiały o regulowanej stałej dielektrycznej (w zakresie od 10 do 1000). W związku z rosnącym zapotrzebowaniem na miniaturyzację i integrację urządzeń 5G i IoT przewiduje się, że udział w rynku ceramiki nanokompozytowej wzrośnie z 12% w 2023 r. do 25% w 2028 r.
