鈦酸鋇基芯-殼結構粉體的液相法制備及其高介高穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著電子信息技術的高速發(fā)展,電子產品不斷向輕、薄、短、小等方向邁進,作為基礎電子元件的陶瓷疊層電容器(MLCC)也向微型化、大容量、高比容、高電壓、高頻率、抗干擾、多功能和低功耗等方向發(fā)展。近年來,隨著MLCC向高溫應用領域的不斷拓展,高介高穩(wěn)定性MLCC的研究成為當務之急。鈦酸鋇基鐵電陶瓷具有較高的介電常數,適當的居里溫度,通過摻雜可以調整居里點和介電常數,是制造高介高穩(wěn)定性MLCC的重要材料之一。
　　針對現有鈦酸鋇基陶瓷材料

2、溫度穩(wěn)定性差的問題,論文在分析傳統固相法非化學均勻性摻雜制備芯/殼結構陶瓷的基礎上,設計了粉體成分的多層次結構,提出了常壓液相技術和分步式生長技術相結合制備芯/殼陶瓷粉體的合成路線。按照Lichtenecher對數疊加原理及介電多峰疊加效應,具有不同居里溫度的介質層進行包覆生長后,陶瓷材料介電常數呈現多峰效應,介溫特性得到改善。與傳統方法不同,分步式液相法制備的芯部和殼部均為鐵電相,材料整體的介電常數通過適當的摻雜可大幅度提高。通過實驗

3、得到了最佳合成條件:反應時間為3h,反應物濃度為0.2mol/L,介質的[OH-]為0.5mol/L,芯/殼結構粉體的粒徑為300nm,均勻分散。
　　芯/殼結構晶粒的芯部和殼部對陶瓷的介電性能有著重要的影響。論文首先對芯部材料進行了對比選擇,分別以居里點較高的(Bi0.5Na0.5)TiO3和(Ba0.985Bi0.01)TiO3納米晶作為晶粒芯部,以居里點較低的BaTi0.9Zr0.1O3作為殼部,制備出兩個系列的陶瓷電容器。

4、實驗結果表明,(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTi0.9Zr0.1O3陶瓷中的(Bi0.5Na0.5)TiO3可明顯提高陶瓷材料的居里溫度,但是由于(Bi0.5Na0.5)TiO3的介電常數過低導致材料整體的介電常數不高,僅為2000;Ba0.985Bi0.01TiO3-BaTi0.9Zr0.1O3陶瓷的介電常數、溫度穩(wěn)定性均優(yōu)于單相材料,最高介電常數接近6000,在-55℃、130℃和160℃的介電常數溫度變化率分別為-12.0

5、％、14.1%和-8.3%,滿足X8R的溫度特性,且介電損耗小于0.1?？偨Y了液相法制備的陶瓷材料性能優(yōu)異的原因與鐵電相比例密切相關。
　　基于Ba0.985Bi0.01TiO3-BaTi0.9Zr0.1O3體系表現出的優(yōu)越介溫特性,論文討論了不同保溫條件下Zr含量對該體系的微觀結構和介電特性的影響。結果表明,在保溫時間為1h的燒結條件下,隨著Zr含量的增多,陶瓷的介電常數逐漸下降,居里點持續(xù)向低溫移動,材料的溫度穩(wěn)定性不斷增強,

6、當x=0.1時,材料的穩(wěn)定性滿足X8R的特性要求;在保溫時間為2h的燒結條件下,陶瓷材料的化學均勻性得到了較大程度的提高,當x=0.001時,介電常數峰值為55,678,介電損耗為0.1,在20~140℃范圍內的溫度變化率低于21%。
　　為了研究殼層對性能的影響,論文對Ba0.985Bi0.01TiO3-BaTi1-xSnxO3體系進行了系統研究,討論了Sn的摻雜量和燒結工藝對物相和介電性能的影響。實驗發(fā)現,隨著Sn添加量的增大

7、,樣品的介電常數峰值先提高再降低,穩(wěn)定性也先增強再減弱,當x=0.02時,在-55℃、120℃和170℃時的容溫變化率分別為-15%、14.4%和-15%,溫度穩(wěn)定性滿足X8R的要求,介電損耗低于0.5,介電常數接近25,000;兩步燒結法展現出了抑制晶粒生長、提高介電常數、增強穩(wěn)定性和降低介電損耗的優(yōu)勢,材料的介電常數高于22,000,介電損耗低于0.6,在40~140℃范圍內的介溫變化率低于10%。
　　基于稀土元素可顯著改善

8、鈦酸鋇介電性能的原理,本論文對Ba0.985Bi0.01TiO3-Ba1-1.5xLaxTiO3體系進行了研究。討論了La的摻雜量、MgO的添加以及燒結溫度對物相和介電性能的影響。結果顯示,當La的添加量為0.01時,材料的介電常數最大且介溫穩(wěn)定性最好,介電常數達到6000以上,介電損耗低于0.35,相對于30℃介溫變化為-15%~10%;MgO的添加降低了陶瓷的燒結溫度,減小了陶瓷的損耗并促進了陶瓷晶粒的生長,但溫度穩(wěn)定性變差;Bi2