首页> 正文

温度稳定型MLCC瓷料的研制及其改性机理研究

2020-11-28阅读(227)

温度稳定型MLCC瓷料的研制及其改性机理研究

论文摘要

多层陶瓷电容器（MLCC）是重要的电子元件,几乎可以应用于所有的电子工业中。钛酸钡（BaTiO3,BT）是应用最广泛的钙钛矿铁电体,这在于其具有很高的介电常数和长寿命的绝缘特性,钛酸钡陶瓷材料一直是MLCC研究的焦点所在。此外,当今的MLCC应用更多地要求元件具有良好的温度稳定性。然而,国内军用低频PME-MLCC所用X7R系列陶瓷材料几乎全部依赖于进口,X8RPME-MLCC材料的研究工作还处于起步阶段,耐更高温度的PME-MLCC陶瓷材料的开发几乎是空白。为此,本论文以BaTiO3基PME-MLCC瓷料为研究对象,对国内当前缺失的温度稳定型PME-MLCC瓷料做了探索性和创新性研究。本论文研究的主要成果和结论如下:1.详细研究了稀土氧化物对BaTiO3-Nb2O5-ZnO系统介电性能的影响,发现不同稀土氧化物对BT陶瓷电容量温度变化率低温峰（约40℃）和高温峰（约127℃）的影响可以分为三类。研究了Gd/Ce和Gd/Nd复合掺杂BT陶瓷的介电性能和微观性能,钛酸钡陶瓷室温介电常数的变化可以用稀土离子在钙钛矿中的取代位置来解释,Gd/Ce复合掺杂时具有气孔率低、致密化程度高的特点,可以获得介电性能良好的高介陶瓷,Gd/Nd复合掺杂BT系统的电容量高温变化率受Gd控制而受Nd影响不大。通过溶胶凝胶法制备了纳米稀土掺杂剂（Nd-Li-B-Si）,发现纳米掺杂剂中稀土Nd用量变化对钛酸钡陶瓷介电性能有重要影响,相反,在使用纳米稀土掺杂剂的同时直接掺杂Nd2O3对钛酸钡介电性能影响不明显,通过纳米稀土掺杂可以获得性能良好的X7R陶瓷材料。确立了瓷料中各种掺杂剂的用量对介电性能的多元非线性回归方程y=b0+∑bixi+∑biixi2+∑biiixi3,并成功研制了环保型X7RMLCC瓷料系统。利用自主配方在国内某生产线上成功制备满足X7R特性的PME-MLCC,主要性能指标为:室温介电常数2950±100,损耗小于1.5%,绝缘电阻大于5×1010Ω,-55℃至125℃的容温变化率在±10%以内,平均击穿场强大于1500V/mil。2.利用Ca-B-Si微晶玻璃对BaTiO3-Nb2O5-ZnO系统掺杂改性以制备X8R瓷料,研究发现CBS微晶玻璃对BaTiO3陶瓷具有降低烧结温度和改善温度特性的双重作用。利用传统掺杂剂CaZrO3对钛酸钡陶瓷掺杂并对其介电性能和微观性能进行了详细的研究,对比实验得到的TCC125℃和计算得到的微观应变发现陶瓷电容量温度曲线的高温峰强度依赖于样品中的微观应力。首次提出了BT-Nb2O5-ZMT新配方体系,详细研究了Nb和ZMT用量对钛酸钡陶瓷相成分、微观形貌、介温特性以及居里点的影响。利用均匀设计法对BaTiO3-Nb2O5-ZMT系统进行配方设计,通过偏微分分析、趋势分析和响应面分析对其进行优化,最终获得了室温介电常数介于1500～3300的BaTiO3基X8R陶瓷材料体系。利用自主配方在国内某生产线上成功制备满足X8R特性的PME-MLCC,主要性能指标为:室温介电常数2200±100,损耗小于1.5%,绝缘电阻大于5×1010Ω,-55℃至150℃的容温变化率小于±7.5%,平均击穿场强大于1050V/mil。3.利用DSC、XRD和SEM等分析手段对BaTiO3-MnNb2O6陶瓷进行分析,研究了室温四方率和第二相对钛酸钡陶瓷居里温度的影响机理。发现MnNb2O6掺杂量在少于0.50mol%时,陶瓷室温四方率降低,居里点下降;MnNb2O6用量高于1.00mol%后产生第二相Ba2Ti3Nb4O18,通过微观应变的计算认为,第二相的出现改变了陶瓷的内应力状态从而导致钛酸钡陶瓷居里点上升。以BaTiO3-BiNbO4陶瓷为例研究了预烧对钛酸钡陶瓷居里点的影响规律,发现掺杂球磨后进行预烧会加大钛酸钡陶瓷居里点的移动幅度。Mn2+浓度对TiO2/SiO2复合掺杂钛酸钡陶瓷的温度特性产生强烈影响,SEM和XRD分析发现Mn2+可以抑制TiO2/SiO2在BT陶瓷中产生的第二相的析出,第二相的体积分数和存在状态改变了陶瓷的内应力状态使陶瓷的温度特性曲线得到改善。合成了高居里点的新起始基料BTBNT,并利用几种压峰剂对BTBNT-Nb-ZMT系统进行掺杂改性,获得了温度特性满足X9R特性要求的耐高温瓷料。4.利用不同颗粒尺寸的BaTiO3粉体为起始原料,从粉体形貌、晶粒形貌、微观结构、应力变化以及居里点移动等方面分析了纯BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸效应,随着晶粒尺寸增大,室温四方率降低,内应力降低,居里点下降。基于几何模型说明了“壳-芯”结构中的内应力状态,表明在Nb掺杂的BaTiO3陶瓷中晶粒芯仅仅受到压应力而不存在张应力。基于此模型,Landau-Devonshire理论被成功用于解释室温介电常数的变化。研究了CBS玻璃不掺杂/掺杂时Mn2+浓度变化对钛酸钡陶瓷介电性能和微观结构的影响。掺CBS时Mn2+可使CBS析晶,条状第二相Ca4Mn4Si8O24的产生改变了BT系统的内应力结构是钛酸钡陶瓷电容量温度特性产生规律变化的原因。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 多层陶瓷电容器概述
  • 1.1.1 多层陶瓷电容器结构及原理
  • 1.1.2 多层陶瓷电容器的分类
  • 1.1.3 多层陶瓷电容器的应用
  • 1.2 国内外发展概况
  • 1.3 技术发展趋势
  • 1.3.1 微小型化
  • 1.3.2 低成本化
  • 1.3.3 高压系列化、大功率化
  • 1.3.4 低压大容量化、高频化
  • 1.3.5 宽温化、无铅化
  • 1.3.6 集成复合化、阵列化
  • 1.4 介质材料分类
  • 1.5 论文选题和研究内容
  • 第二章 相关理论基础
  • 3的微观结构和性能'>2.1 BaTiO3的微观结构和性能
  • 3的晶体结构'>2.1.1 BaTiO3的晶体结构
  • 3的电畴结构'>2.1.2 BaTiO3的电畴结构
  • 3的电性能'>2.1.3 BaTiO3的电性能
  • 3陶瓷的晶粒尺寸效应'>2.2 BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸效应
  • 3陶瓷的壳-芯结构'>2.3 BaTiO3陶瓷的壳-芯结构
  • 2.4 陶瓷的居里点移动机理
  • 2.4.1 掺杂效应
  • 2.4.2 尺寸效应
  • 2.4.3 四方率效应
  • 2.4.4 氧空位浓度
  • 2.4.5 应力效应
  • 2.4.6 Ba/Ti比
  • 2.4.7 烧结温度
  • 3陶瓷中的内应力'>2.5 BaTiO3陶瓷中的内应力
  • 3陶瓷中内应力的产生'>2.5.1 BaTiO3陶瓷中内应力的产生
  • 3陶瓷介电性能的影响'>2.5.2 内应力对BaTiO3陶瓷介电性能的影响
  • 第三章 工艺及测试方法
  • 3.1 实验工艺
  • 3.1.1 陶瓷制备工艺
  • 3.1.2 MLCC的生产工艺
  • 3.1.3 MLCC用瓷料制备工艺
  • 3.2 样品分析与测试
  • 3.2.1 微观结构分析与表征
  • 3.2.2 介电性能测试
  • 3陶瓷的稀土改性机理研究'>第四章 BaTiO3陶瓷的稀土改性机理研究
  • 3陶瓷的制备'>4.1 不同稀土掺杂BaTiO3陶瓷的制备
  • 3陶瓷介电性能的影响规律'>4.2 稀土掺杂对BaTiO3陶瓷介电性能的影响规律
  • 4.3 稀土元素的复合掺杂效应及机理研究
  • 4.3.1 Gd-Ce复合掺杂
  • 4.3.2 Gd-Nd复合掺杂
  • 4.4 稀土元素的纳米掺杂效应
  • 4.4.1 纳米稀土掺杂剂的制备及表征
  • 4.4.2 纳米稀土掺杂剂中Nd含量对陶瓷介电性能的影响
  • 2O3对陶瓷介电性能的影响'>4.4.3 Nd2O3对陶瓷介电性能的影响
  • 4.4.4 讨论
  • 4.5 X7R陶瓷材料的多元非线性回归分析
  • 4.5.1 复合氧化物掺杂剂的制备
  • 4.5.2 实验数据及多元非线性回归方程的建立
  • 4.5.3 回归方程的有效性实验
  • 4.5.4 讨论
  • 4.5.5 瓷料配方优化
  • 4.5.6 小结
  • 4.6 X7R多层陶瓷电容器的应用技术研究
  • 4.6.1 球磨与振动磨工艺一致性研究
  • 4.6.2 圆片与MLCC样品性能对比
  • 4.6.3 X7R型PME-MLCC性能小结
  • 4.7 本章小结
  • 第五章 宽温度稳定型介质瓷料的制各与改性机理
  • 5.1 CBS掺杂对钛酸钡陶瓷介电性能的影响
  • 5.1.1 CBS微晶玻璃的制备与表征
  • 5.1.2 CBS掺杂BT陶瓷的介电性能与改性机理
  • 3掺杂对钛酸钡陶瓷介电性能的改性机理'>5.2 CaZrO3掺杂对钛酸钡陶瓷介电性能的改性机理
  • 3-Nb2O5-Zn0.8Mg0.2TiO3陶瓷系统介电性能'>5.3 BaTiO3-Nb2O5-Zn0.8Mg0.2TiO3陶瓷系统介电性能
  • 0.8Mg0.2TiO3及BaTiO3陶瓷的制备'>5.3.1 Zn0.8Mg0.2TiO3及BaTiO3陶瓷的制备
  • 3-Nb2O5-Zn0.8Mg0.2TiO3陶瓷介电性能研究'>5.3.2 BaTiO3-Nb2O5-Zn0.8Mg0.2TiO3陶瓷介电性能研究
  • 5.4 基于均匀设计的回归分析法制备钛酸钡基X8R陶瓷
  • 5.4.1 实验部分
  • 5.4.2 二次回归方程
  • 5.4.3 偏微分分析、趋势分析及响应面分析
  • 5.4.4 配方优化
  • 5.5 X8R多层陶瓷电容器的应用技术研究
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 耐高温MLCC陶瓷材料的制备与研究
  • 3基陶瓷材料的居里点移动机理'>6.1 掺杂对BaTiO3基陶瓷材料的居里点移动机理
  • 3基陶瓷材料陶瓷居里点的移动机理'>6.2 预烧对BaTiO3基陶瓷材料陶瓷居里点的移动机理
  • 6.2.1 样品的制备
  • 6.2.2 介温特性及居里温度表征
  • 6.2.3 微观形貌分析
  • 6.2.4 微观结构分析
  • 6.2.5 陶瓷微观应变分析
  • 6.3 钛酸钡陶瓷的高温稳定性研究
  • 3基料的掺杂改性及耐高温瓷料制备'>6.4 BaTiO3基料的掺杂改性及耐高温瓷料制备
  • 3基料的制备及表征'>6.4.1 高居里点BaTiO3基料的制备及表征
  • 6.4.2 耐高温瓷料的制备
  • 6.5 本章小结
  • 3陶瓷的尺寸效应、"壳-芯"结构与内应力'>第七章 BaTiO3陶瓷的尺寸效应、"壳-芯"结构与内应力
  • 3陶瓷的尺寸效应分析'>7.1 不同粒径BaTiO3陶瓷的尺寸效应分析
  • 7.1.1 粉体微观形貌分析
  • 7.1.2 陶瓷晶粒微观形貌分析
  • 7.1.3 微观结构分析
  • 7.1.4 应力变化分析
  • 7.1.5 居里点移动分析
  • 7.2 "壳-芯"结构中介电常数的内应力模型
  • 7.2.1 Nb掺杂对钛酸钡陶瓷介电常数的影响
  • 7.2.2 热力学基本理论
  • 7.2.3 应力与介电常数的关系方程
  • 7.2.4 "壳-芯"结构中的内应力模型
  • 3陶瓷内应力及介电性能的影响'>7.3 第二相对BaTiO3陶瓷内应力及介电性能的影响
  • 7.3.1 样品的制备
  • 7.3.2 不存在第二相时陶瓷的微观结构表征
  • 7.3.3 存在第二相时陶瓷的微观结构表征
  • 7.3.4 第二相对钛酸钡陶瓷温度特性的影响
  • 7.4 本章小结
  • 第八章 总结与展望
  • 8.1 论文主要工作总结
  • 8.2 本论文的创新之处
  • 8.3 前景展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻博期间取得的研究成果

    • 相关论文文献

    • [1].多层陶瓷电容器(MLCC)介质材料的研究现状[J]. 价值工程 2012(29)
    • [2].两步还原法制备MLCC电极用超细铜粉[J]. 材料科学与工艺 2009(04)
    • [3].卧式砂磨机在MLCC陶瓷浆料分散中的应用[J]. 电子工艺技术 2010(01)
    • [4].发泡胶在MLCC生产中的应用[J]. 电子工艺技术 2011(01)
    • [5].微波MLCC绝缘电阻的工艺影响因素研究[J]. 压电与声光 2009(01)
    • [6].MLCC在5G领域的应用及发展趋势[J]. 电子元器件与信息技术 2020(08)
    • [7].钛酸钡粉体粒径对MLCC性能的影响[J]. 电子工艺技术 2020(05)
    • [8].BNT掺杂对0.95BaTiO_3-yNb_2O_5-(0.05y)Co_2O_3材料的影响[J]. 电子元件与材料 2013(02)
    • [9].X7R特性MLCC用低温烧结铜端电极浆料的研究[J]. 广东化工 2017(13)
    • [10].儒卓力和国巨合作保障长期供应MLCC[J]. 中国电子商情(基础电子) 2019(08)
    • [11].01005规格MLCC电容量异常偏低的研究[J]. 电子工艺技术 2017(03)
    • [12].贱金属MLCC瓷料添加剂的研究[J]. 广东化工 2015(01)
    • [13].MLCC缺货原因及供应链管理分析[J]. 中国管理信息化 2017(18)
    • [14].MLCC钯银内电极浆料性能研究[J]. 电子工艺技术 2010(04)
    • [15].镍内电极Y5V特性MLCC烧结工艺研究[J]. 电子工艺技术 2014(05)
    • [16].MLCC直流偏压特性测试参数研究[J]. 电子工艺技术 2016(05)
    • [17].MLCC用超细镍粉的制备方法及发展趋势[J]. 材料导报 2012(S2)
    • [18].电源用MLCC的新型设计[J]. 电子质量 2008(05)
    • [19].铜内电极MLCC爆瓷问题的研究[J]. 电子工艺技术 2017(02)
    • [20].MLCC叠层空洞判别超声检测技术研究[J]. 电子产品可靠性与环境试验 2017(05)
    • [21].串联式设计小容量MLCC的容量分析[J]. 电子元件与材料 2014(05)
    • [22].生坯研磨工艺在MLCC制作过程中的应用[J]. 电子工艺技术 2013(06)
    • [23].某机载计算机MLCC失效原因分析与预防技术研究[J]. 航空计算技术 2010(02)
    • [24].B料MLCC镍内电极浆料质量性能研究[J]. 电子工艺技术 2010(03)
    • [25].试验流程对MLCC质量可靠性的影响[J]. 电子元件与材料 2019(02)
    • [26].MLCC的结构设计对电容器等效串联电感的影响[J]. 电子工艺技术 2012(03)
    • [27].采用水基黏合剂制作MLCC工艺的研究[J]. 电子工艺技术 2008(06)
    • [28].小尺寸高容量MLCC切割侧裂问题的解决方法[J]. 电子工艺技术 2019(02)
    • [29].Ba-Ca-Si-R玻璃粉对MLCC电性能的影响[J]. 电子工艺技术 2017(06)
    • [30].MLCC的装焊质量控制探讨[J]. 电子工艺技术 2017(05)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  

    温度稳定型MLCC瓷料的研制及其改性机理研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5