BaO-Nd2O3-TiO2基陶瓷抗還原特性的研究.pdf

1、BaO-Nd2O3-TiO2系介質材料因其具有優(yōu)異的介電性能，是作為高頻電容、微波諧振器和濾波器的關鍵材料，在通訊技術中有著重要的應用。隨著多層陶瓷電容器(MLCC)向小型化、低成本化的發(fā)展，開發(fā)出一種具有抗還原特性，能與賤金屬內電極一起在還原性氣氛中共燒的高頻介質材料迫在眉睫。本論文以BaO-Nd2O3-TiO2系材料為研究對象，研究了助燒劑、受主摻雜、離子取代、施受主共摻雜及燒結工藝對還原氣氛下燒結的BaO-Nd2O3-TiO2基陶

2、瓷的相組成、晶體結構、顯微結構、介電性能和絕緣特性的影響，探討了材料結構和性能之間的關系。
　　選用空氣中具有較優(yōu)綜合介電性能的Ba4.5(Nd0.7Sm0.3)9Ti18O54(BNST)作為基本體系，通過引入適量不同的助燒劑SA1、SA2和SA3作為助燒劑，將BNST的燒結溫度降至1180℃。隨著助燒劑的引入，空氣中燒結的BNST陶瓷的介電性能基本不變。助燒劑摻雜的BNST樣品在氮氣中燒結時，仍出現了半導化，但其絕緣電阻較未摻

3、雜的樣品有所提高，其中 SA3摻雜樣品的損耗較低，εr=1078.50，tanδ=0.076,ρ=6.58×10+6Ω.cm。
　　研究了不同含量的受主CuO(0-1.5％)、MnCO3(0-3%)對還原性氣氛中燒結的SA3摻雜BNST陶瓷結構與介電性能的影響。XRD結果表明Cu和Mn均固溶到BNST晶格中，陶瓷為單一的鎢青銅相結構。CuO和MnCO3摻雜可促進陶瓷的致密化。隨著受主含量的增加，還原性氣氛中燒結BNST基陶瓷的抗還

4、原性顯著提高。當CuO的添加量在1.5%以內時，受主不能完全補償氧空位所產生的電子，陶瓷的損耗較高。當 MnCO3摻雜量超過1.8%時，N2/H2氣中燒結的BNST基陶瓷的絕緣電阻高達10+12Ω.cm，具有優(yōu)異的抗還原性。當MnCO3含量為2%時，1180℃還原性氣氛中燒結的BNST樣品具有較優(yōu)的綜合性能：εr=79.02，tanδ=2.3×10-3，TCK=-65ppm/K，ρ=1.2×10+12Ω.cm。
　　對Ba4.5N

5、d9Ti18O54基陶瓷中的Nd用Sm、Bi進行部分取代，隨著Sm置換量的增加，空氣中燒結樣品的介電常數下降，介電常數溫度系數TCK逐漸減小，更趨近于0，當Nd:Sm=5:5時，TCK降至-22ppm/K。當Bi含量在0.12以內時，均可形成固溶體，BNT基材料為單一的鎢青銅結構。隨著 Bi取代量的增加，空氣中燒結的BNT基陶瓷的介電常數升高至93.6，損耗略有下降，且TCK降低。還原性氣氛中燒結的Bi取代BNT基材料的抗還原性大幅度下

6、降，當Sm含量超過0.3時，BNT基陶瓷的損耗有所增加。
　　研究了不同含量施主V2O5與受主MnCO3以及助燒劑SA3共摻雜對不同氣氛中燒結的Ba4.5(Nd0.7Sm0.3)9Ti18O54陶瓷結構以及介電性能的影響。發(fā)現當樣品在空氣中燒結時，隨V2O5摻雜量的增加，介電常數略有下降，損耗則逐漸增大。將樣品置于還原性氣氛中燒結，V2O5的引入可以顯著改善陶瓷的介電性能，隨摻雜量的增加，介質損耗下降，利用缺陷化學對此現象加以分析

7、。當V2O5含量為10%時，BNST基陶瓷的損耗降為0.00023，介電常數為78.1。
　　通過對還原氣氛燒結工藝的研究，發(fā)現燒結溫度的適當降低、再氧化溫度的提高和再氧化過程中氧含量的增加有助于改善BNST基陶瓷材料的綜合介電性能。但這些工藝的調整還需綜合考慮所使用的Ni電極材料的特性，以避免Ni電極的氧化。
　　本論文通過對BaO-Nd2O3-TiO2基陶瓷的改性，得到了一種性能優(yōu)良，可用于賤金屬內電極多層片式電容的高頻