高溫MLCC陶瓷材料的組成及工藝研究.pdf

1、摻雜改性BaTiO3(BT)基X8R多層陶瓷電容器(MLCC)由于具有高介電性能與平緩的電容溫度特性(-55℃～150℃，△C/C25℃≤±15％)，已得到了大量的研究與應(yīng)用。然而，X8R瓷料在150℃以上無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的介電性能。目前，MLCC在新型車(chē)載用電子控制裝置、航空航天、石油鉆探等設(shè)備中有了大量的應(yīng)用，這些電子設(shè)備的工作環(huán)境極為苛刻，對(duì)MLCC的工作溫度上限也提出了更高的要求。因此，研究與發(fā)展高溫MLCC陶瓷材料已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外當(dāng)

2、前研究的重點(diǎn)。 BaTiO3的居里溫度在130℃左右，在此溫度以上，材料要滿(mǎn)足△C/C25℃≤±15％非常困難。因此，必須探索新的材料體系以滿(mǎn)足高溫下的容量溫度特性要求。本論文主要通過(guò)對(duì)高居里溫度的無(wú)鉛壓電陶瓷材料(Bi0.5Na0.5)(1-x)BaxTiO3(BNBT)和(Bi0.5Na0.5)(1-x)CaxTiO3(BNCT)進(jìn)行摻雜改性，成功制備了-55℃～200℃溫度范圍內(nèi)，電容溫度變化率在±15％以?xún)?nèi)的高溫MLCC

3、介質(zhì)材料。主要研究?jī)?nèi)容為： 1．主要研究了離子摻雜對(duì)BNBT、BNCT體系陶瓷介電性能的影響。 采用三種堿土金屬(Sr、Ca、Mg)離子對(duì)BNBT陶瓷進(jìn)行摻雜。研究發(fā)現(xiàn)，Ca2+摻雜可提高室溫介電常數(shù)，降低介電損耗，并顯著改善電容溫度特性，使介溫曲線(xiàn)變得平坦。Mg2+摻雜使介電損耗、介電常數(shù)降低，但電容量變化率較大。而Sr2+摻雜使BNBT陶瓷的轉(zhuǎn)變溫度升高，使得高溫電容變化率增大。對(duì)比三種堿土離子的摻雜效果，我們得出結(jié)

4、論，只有Ca2+摻雜能有效展寬BNBT陶瓷的介溫曲線(xiàn)。 在BNCT體系中，通過(guò)Mn2+、Ba2+摻雜，均能提高轉(zhuǎn)變溫度，壓低電容溫度變化率低溫段、抬高高溫段。但是，相對(duì)Mn2+，Ba2+在壓低低溫段時(shí)候，高溫段上升幅度較大，難于滿(mǎn)足△C/C25℃≤±15％的要求。 2．分別研究了非化學(xué)計(jì)量比對(duì)BNBT、Ca摻雜的BNBT(BNBT-Ca)體系介電性能的影響。 通過(guò)研究BNBT陶瓷中的組成非化學(xué)計(jì)量比發(fā)現(xiàn)Ba、Bi

5、含量增大，都使得轉(zhuǎn)變溫度增大，電容溫度變化率低溫段升高，介電常數(shù)減小。相反，Ti含量增大使轉(zhuǎn)變溫度減小，電容溫度變化率高溫段被壓低，介電常數(shù)增大。 BNBT-Ca體系中，增大Ba、Bi含量，都能使電容溫度變化率高溫段被抬高，而Ti含量增大使高溫段被壓低；增大Bi、Ti含量，可減小介電損耗，而B(niǎo)a含量增大使介電損耗變大。 3．研究了BNBT-Ca體系中助燒劑摻雜對(duì)介電性能的影響。 系統(tǒng)研究了ZnO、CuO、CuBi

6、2O4、Ca-B-Si(CBS)微晶玻璃對(duì)BNBT-Ca陶瓷摻雜的降燒效果，結(jié)果表明：CuBi2O4、Ca-B-Si(CBS)微晶玻璃摻雜在降低燒結(jié)溫度的情況下仍能滿(mǎn)足△C/C25℃≤±15％要求，同時(shí)增大介電常數(shù)，而ZnO和CuO摻雜使得介電性能惡化，損耗增大。 4．研究了工藝對(duì)BNBT-Ca陶瓷的介電性能和顯微結(jié)構(gòu)的影響。 隨著二次球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒細(xì)化，電容溫度變化率曲線(xiàn)逐漸“平坦”，介電常數(shù)，損耗逐漸減小，達(dá)到