低溫燒結(jié)BST基介電陶瓷的性能研究.pdf

1、鈦酸鍶鋇（BaxSr1-xTiO3俗稱BST）是具有典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料，由于它具有較高的介電常數(shù)，較低的介電損耗，良好的容溫特性、居里溫度能夠在很寬的溫度區(qū)間內(nèi)移動等優(yōu)點，被廣泛應用在多層陶瓷電容器以及微波可調(diào)器件上。本文旨在通過摻雜低熔點的玻璃、化合物以及減小原料的晶粒尺寸等方法來降低BST的燒結(jié)溫度，使其能夠滿足低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)。以Ba0.65Sr0.35TiO3為基體，采用傳統(tǒng)電子陶瓷制備工藝，借助X射線衍射儀(

2、XRD)、掃描電鏡(SEM)等檢測方法分別研究了低熔點的ZnO-B2O3-SiO2玻璃、Li2CO3與不同化合物(Bi2O3、 BaF2)、超細BST粉體為原料三種途徑對BST基介電陶瓷介電性能以及燒結(jié)溫度的影響。
　　論文主要的研究工作和得到的結(jié)論如下:
　　(1)在Ba0.65Sr0.35TiO3中加入10wt％ZnO-B2O3-SiO2和分別加入少量的Nd2O3、Y2O3、 CeO2，這些BST陶瓷可以在950℃左右燒

3、結(jié)成瓷，XRD測試表明樣品中無雜相生成，仍為純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。對于摻雜Nd2O3的樣品，當Nd2O3的添加量為1.5wt％時，得到的BST陶瓷樣品介電性能較好，此時介電常數(shù)εr=667、介電損耗tanδ=0.01，在-30～85℃溫度范圍內(nèi)容溫變化率為14.8％～-35.2％。對于摻雜Y2O3的樣品，當Y2O3的添加量為0.8wt％時，BST陶瓷的介電性能較好，此時介電常數(shù)εr=764、介電損耗tanδ=0.0053，在-30～85℃溫度

4、范圍內(nèi)容溫變化率為9.04％～-40.2％。對于摻雜CeO2的樣品，當CeO2的添加量為0.3wt％時，得到的BST陶瓷介電性能較好，此時介電常數(shù)εr=730、介電損耗tanδ=0.018。Y2O3和10wt％ZnO-B2O3-SiO2玻璃共摻的BST陶瓷樣品的絕緣電阻率均達到1011Ω·cm以上。當氧化釔的添加量為0.8wt％時樣品的耐壓強度Eb=3.38kV/mm。
　　(2)在Ba0.65Sr0.35TiO3中加入2wt％L

5、i2CO3和少量的Bi2O3，BST陶瓷可以在1000℃下燒結(jié)成瓷，且無明顯的雜相生成。當Bi2O3添加量為1wt％時，得到的BST陶瓷樣品介電性能較好，此時介電常數(shù)εr=3038、介電損耗tanδ=0.0029，在-30～85℃溫度范圍內(nèi)容溫變化率為45％～-57.2％。添加了氧化鉍的陶瓷樣品的絕緣電阻率均達到1011Ω·cm以上。當氧化鉍的添加量為1wt％時樣品的耐壓強度最高為3.82kV/mm。
　　(3)在Ba0.65Sr

6、0.35TiO3中通過摻雜Li2CO3和BaF2，BST陶瓷可以在925℃或950℃下燒結(jié)成瓷，燒結(jié)后的陶瓷樣品中有些樣品除了BST相外還有Ba2TiO4相。1wt％BaF2與2wt％Li2CO3共同摻雜時樣品具有較好的介電性能，此時的陶瓷樣品燒結(jié)溫度為925℃，該陶瓷在室溫下的介電常數(shù)為2821.48、介電損耗為0.0029，在-30～+85℃溫度范圍內(nèi)容溫變化率為46％～-47.5％，絕緣電阻率為5.87×1011Ω·cm、耐壓強度

7、為0.65kV/mm。0.5wt％ Li2CO3與不同質(zhì)量分數(shù)的BaF2共同摻雜的陶瓷樣品在950℃下能夠成功燒結(jié)，當BaF2的添加量為3wt％時，樣品表現(xiàn)出較好的介電性能，此時的陶瓷樣品的室溫介電常數(shù)為1694.5、介電損耗為0.0018，在-30～+85℃溫度范圍內(nèi)容溫變化率為46.3％～-75.2％，絕緣電阻率為1.19×1011Ω·cm、耐壓強度為1.96kV/mm。
　　(4)用溶膠凝膠法制備超細Ba0.65Sr0.35

8、TiO3粉體，以此粉體為原料，加入2wt％Li2CO3和1wt％Bi2O3可以在1000℃下將BST陶瓷燒結(jié)成瓷，且XRD分析表明樣品中無雜相生成，為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。當燒結(jié)溫度為1000℃時，樣品的體積密度較大為5.42g/cm3，室溫介電常數(shù)取得最大值為2348，此時的介電損耗為0.0086，絕緣電阻率為3.47×1011Ω·cm以上，耐壓強度達到2.81kV/mm，在-30～85℃溫度范圍內(nèi)，陶瓷樣品的容溫變化率為41％～-55.