中温烧结X9R陶瓷材料研究

论文摘要

随着电子信息终端设备在高温极端环境下的应用,能适应于高温条件下工作的MLCC成为迫切需要。BaTiO3是一种性能优良的陶瓷介电材料,宽温型BaTiO3基介质陶瓷电容器是当前陶瓷电容的研究方向之一。钛酸钡是一种重要的铁电相晶体材料,但纯BaTiO3在130℃附近存在着介电常数异常的居里峰,使得介电性能急剧恶化,制约着其在高温介质陶瓷中的应用。通过适当的掺杂及控制工艺条件可以获得介电性能优良的BaTiO3基介电材料,本文重点讨论了掺杂介质粉体初始粒度及烧结制度对BaTiO3基陶瓷介电性能的影响。根据所制备的介质陶瓷样片的T-C曲线及SEM形貌图,深入分析了粉体粒度和烧结制度对BaTiO3基介质陶瓷介电性能的影响,并制备出了符合EIA X9R标准的介质陶瓷。介质粉体的初始粒度对介质陶瓷的介电性能有着重要影响,论文中通过采用不同粒径的球磨介质和球磨不同的时间,制备出了不同粒度的初始粉体。实验表明,初始粉体粒度对系统最终的介电性能有着重要影响。当粉体粒度减小,将具有更大的比表面积,表面原子数急剧增多,这些表面原子由于原子配位不足和高表面能而具有高活性。在同样的烧结温度下,粉体粒度更小和比表面积更大,能更有效地抑制BaTiO3晶粒生长并产生细晶效应。掺杂元素对BaTiO3颗粒进行均匀的包裹形成更多的壳-芯晶粒,即铁电相BaTiO3晶核的比例减小,而顺电相晶壳的体积比增大,使得居里峰压平展宽,介电常数变化率趋于平缓,提高掺杂BaTiO3陶瓷的介电-温度性能。同时,BaTiO3粒度的减小导致晶粒中壳/芯体积比增大,壳芯之间失配产生的内应力随之增加,BaTiO3陶瓷由四方相转变为赝立方相,使居里点Tc提高。烧结制度对电子陶瓷的物理和电学特性有着重要的影响,烧结温度对晶粒的生长、空洞的密度、杂质离子的扩散分布、晶相的组成等有着重要的作用,并对介质陶瓷最终的介电性能产生重要影响。通过控制烧结温度和保温时间,文中制备了符合EIA X9R标准的介质陶瓷,主要性能指标:室温介电常数ε25oC>1820,tanδ≈1.6%,在-55℃～200℃最大介电常数变化率不超过±15%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 功能陶瓷材料
• 1.2 片式多层陶瓷电容器
• 1.2.1 片式多层陶瓷电容器简介
• 1.2.2 MLCC的发展趋势
• 1.2.3 高介电常数MLCC分类
• 1.3 课题研究的内容及其当下的发展趋势
• 1.3.1 国内外的发展趋势
• 1.3.2 选题内容
• 3的微观结构与改性机理'>第二章 BaTi0₃的微观结构与改性机理
• 3的微观结构'>2.1 BaTi0₃的微观结构
• 3的晶体结构'>2.1.1 BaTi0₃的晶体结构
• 2.1.2 钛酸钡晶体的铁电畴
• 3陶瓷的介电性能'>2.2 BaTi0₃陶瓷的介电性能
• 2.3 钛酸钡的核-壳结构
• 2.4 钛酸钡陶瓷的改性机理
• 2.4.1 细晶理论
• 2.4.2 相变扩散效应
• 2.4.3 展宽效应
• 2.4.4 离子掺杂改性效应
• 2.4.5 居里峰的移动效应
• 第三章 介质陶瓷材料的工艺流程及测试
• 3.1 介质陶瓷试验工艺过程
• 3.2 本实验的工艺流程
• 3.3 性能测试与分析
• 3.3.1 测试和分析仪器
• 3.3.2 样品参数的测定及计算
• 3.3.3 介质陶瓷的微观分析
• 3基陶瓷介电性能的影响'>第四章 粒度对BaTiO₃基陶瓷介电性能的影响
• 3基介质陶瓷介电性能的影响'>4.1 磨球粒径对BaTiO₃基介质陶瓷介电性能的影响
• 4.2 粉料初始粒度对系统介电性能的影响
• 4.2.1 磨球粒径和球磨时间对粉体粒度的影响
• 4.2.2 粉体粒度对系统介电-温度特性的影响
• 4.2.3 粉体粒度对系统居里温度的影响
• 4.2.4 粉体粒度与系统介电性能的关系总结
• 4.3 不同粒度的粉料混合后的介电性能
• 3对系统介电性能的影响'>4.4 合成BaTiO₃对系统介电性能的影响
• 3基陶瓷介电性能的影响'>第五章 烧结温度对BaTiO₃基陶瓷介电性能的影响
• 5.1 烧结温度对系统介电性能的影响
• 3基陶瓷系统介电性能的影响'>5.2 保温时间对BaTiO₃基陶瓷系统介电性能的影响
• 5.3 X9R型介质陶瓷的制备
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢