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钛酸钡基陶瓷的低温制备与掺杂改性研究

2020-12-12阅读(238)

钛酸钡基陶瓷的低温制备与掺杂改性研究

论文摘要

根据近年来中温烧结温度稳定型MLCC陶瓷的研究进展,本文利用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、差热分析仪（DTA）、阻抗分析仪等分析仪器,系统研究了铋层状化合物( CaBi4Ti4O15、Bi4Ti3O12)、稀土（La2O3、CeO2）及CaO-B2O3-SiO2（简称CBS）玻璃粉掺杂对BaTiO3（简称BT）系统的烧结特性、晶体结构、介电性能的影响。结果如下:系统研究CaBi4Ti4O15（简称CBT）掺杂量对BT陶瓷晶体结构及介电性能的影响。研究发现,CBT的掺杂显著提高BT陶瓷的居里点,有利于改善BT陶瓷的介电高温稳定性。掺杂0.5 mol% CBT的BT陶瓷性能相对最优,其室温介电常数εr和介质损耗tgδ分别为1803和2.76%,在-55℃和125℃的电容变化率分别为-17.30%和121.17%,未达到X7R标准。在BT-CBT基础上进一步研究稀土氧化物的掺杂对其晶体结构、烧结特性及介电性能的影响。结果表明:稀土氧化物La2O3的掺杂可使四方率c/a值降低,导致居里点向低温端移动,起到移峰和展峰的作用,而CeO2的掺杂对四方率和居里点的移动都无明显影响。1230℃烧结时,掺杂1.0 mol% La2O3、0.01 mol% CeO2的BT-CBT陶瓷,其室温介电常数εr和介质损耗tgδ分别为2150和0.0190,体积电阻率为1.92×1010Ω.cm,在-55℃和125℃的电容变化率分别为-14.78%和-11.44%,完全符合EIA X7R标准。系统研究了Bi4Ti3O12（简称BIT）掺杂BT系统的晶体结构、微观形貌、烧结特性及介电性能,研究发现,BIT的掺杂改善了BT陶瓷的烧结性能。随着BIT掺杂量的增加（≤3.0mol%）,四方率c/a值增大,介电常数逐渐降低。BIT掺杂量为5.0 mol%时出现第二相Bi2Ti2O7,介电性能恶化。BIT掺杂量为3.0mol%,1250℃烧结的BT样品的介电性能相对最优。其室温介电常数和介质损耗分别为2692和1.52%,体积电阻率为5.8×1012Ω.cm,在-55℃、125℃和150℃电容变化率分别为-19.35%、13.42%和-11.53%,根据“顺时针效应”,该陶瓷样品有望制备满足X8R标准的多层电容器陶瓷。在此基础上进一步研究CBS的掺杂对BT-BIT微结构及介电性能的影响。发现CBS有显著降低烧结温度和抑制居里峰的作用。随着CBS含量的增加,介电常数不断下降。不同含量CBS掺杂BT-BIT的样品均满足X8R标准,但综合考虑介电常数及介质损耗认为,3.0wt%CBS掺杂BT-BIT系统更优,具有低烧结温度（1130℃）、低介质损耗（1.15%）、较高介电常数（1789）、较高电阻率(9.67×1012)及优良的介电稳定性,在-55℃、125℃和150℃时的电容变化率分别为-12.10、6.17和-10.78,完全符合X8R标准。系统研究了BIT掺杂对BT-Nb2O5-ZnO（简称BTNZ）系统的晶体结构、烧结特性和介电性能影响,在初步获得X7R型钛酸钡基陶瓷材料的基础上添加CBS玻璃粉,研究CBS玻璃粉对BTNZ-BIT系统的微观形貌和介电性能的影响。结果表明:BIT的掺杂并未改变BTNZ陶瓷的晶体结构,无第二相生成;随着BIT量的增加（≤1.0%）,四方率c/a增大,电容变化率减小。掺杂1.0wt%BIT的BTNZ陶瓷,其介温曲线呈现明显“双峰”特征,室温介电常数和介电损耗分别为1327和0.0207,烧结温度中等（1230℃）,在-55℃和125℃的电容变化率分别为-7.95%、0.11%,完全符合EIA X7R标准。CBS的掺杂明显降低BTNZ-BIT样品的烧结温度。随着CBS掺杂量的增加,介电常数不断下降,电容变化率减小,表明CBS具有抑制介电峰的作用。CBS的掺杂量为5.0wt%时,其容温变化率符合X8R标准,在-55℃、125℃、150℃时的电容变化率分别为-9.56、6.93、-8.59;介电常数中等（εr=1091）,介质损耗低（tgδ=1.28%）,体积电阻率高（1.46×1011）,烧结温度低（T=1050℃）;通过优化工艺设计有望制备低温烧结的X8R型钛酸钡基多层陶瓷电容器。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 MLCC简介
  • 1.1.1 MLCC结构及原理
  • 1.1.2 MLCC制备工艺
  • 1.1.3 MLCC分类
  • 1.1.4 MLCC在电子技术中的应用
  • 1.1.5 MLCC在高技术军用电子设备中的应用
  • 1.2 MLCC的研究现状
  • 1.2.1 铅基驰豫铁电体系统
  • 1.2.2 钨青铜结构铁电系统
  • 1.2.3 钛酸钡基铁电系统
  • 1.3 MLCC发展趋势
  • 1.3.1 小型化、集成化
  • 1.3.2 片式高压系列化、大功率化
  • 1.3.3 低成本化-贱金属内电极MLCC
  • 1.3.4 高频化、低压大容量化
  • 1.3.5 宽温化、耐焊接
  • 1.3.6 无铅化、环保型
  • 1.4 本论文的选题依据和研究内容
  • 第二章 理论基础
  • 3结构特点及性能'>2.1 BaTiO3结构特点及性能
  • 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的介电温度特性'>2.1.3 BaTiO3的介电温度特性
  • 2.2 钛酸钡陶瓷的改性机理
  • 3的壳-芯结构'>2.2.1 BaTiO3的壳-芯结构
  • 2.2.2 尺寸效应
  • 2.2.3 移动效应
  • 2.2.4 展宽效应
  • 2.2.5 四方率效应
  • 第三章 实验过程及分析测试方法
  • 3.1 实验所采用的主要原料
  • 3.2 实验所用设备
  • 3.3 样品制备
  • 3.4 样品的测试分析
  • 3.4.1 微观结构分析
  • 3.4.2 介电性能测试
  • 4Ti4015掺杂BaTiO3介电陶瓷的制备及性能研究'>第四章 CaBi4Ti4015掺杂BaTiO3介电陶瓷的制备及性能研究
  • 4.1 引言
  • 4Ti4015掺杂对BT微观结构和性能的影响'>4.2 CaBi4Ti4015掺杂对BT微观结构和性能的影响
  • 4.2.1 样品制备
  • 4.2.2 烧结温度对BT介电性能的影响
  • 4.2.3 CBT掺杂对BT晶体结构的影响
  • 4.2.4 CBT掺杂对BT烧结特性的影响
  • 4.2.5 CBT掺杂对BT介电性能的影响
  • 4.3 稀土掺杂对BT-CBT微观结构和介电性能的影响
  • 4.3.1 样品制备
  • 4.3.2 稀土掺杂对BT-CBT晶体结构的影响
  • 3和Ce02掺杂对BT-CBT烧结特性的影响'>4.3.3 La2O3和Ce02掺杂对BT-CBT烧结特性的影响
  • 3和Ce02掺杂对BT-CBT介电性能的影响'>4.3.4 La2O3和Ce02掺杂对BT-CBT介电性能的影响
  • 4.3.5 烧结温度对稀土掺杂BT-CBT系统介电性能的影响
  • 4.4 本章小结
  • 4Ti3012掺杂BaTiO3介电陶瓷的制备及性能研究'>第五章 Bi4Ti3012掺杂BaTiO3介电陶瓷的制备及性能研究
  • 5.1 引言
  • 4Ti3012掺杂对BT微观结构和介电性能的影响'>5.2 Bi4Ti3012掺杂对BT微观结构和介电性能的影响
  • 5.2.1 样品制备
  • 5.2.2 BIT掺杂对BT烧结特性的影响
  • 5.2.3 BIT掺杂对BT晶体结构的影响
  • 5.2.4 BIT掺杂对BT微观形貌的影响
  • 5.2.5 BIT掺杂对BT介电性能的影响
  • 5.3 CBS掺杂对BT-BIT微观结构和介电性能的影响
  • 5.3.1 样品制备
  • 5.3.2 烧结温度对BT-BIT介电性能的影响
  • 5.3.3 CBS掺杂对BT-BIT微观形貌的影响
  • 5.3.4 CBS掺杂对BT-BIT介电性能的影响
  • 5.4 本章小结
  • 4Ti3012掺杂BT-Nb205-ZnO介电陶瓷的制备及性能研究'>第六章 Bi4Ti3012掺杂BT-Nb205-ZnO介电陶瓷的制备及性能研究
  • 6.1 引言
  • 3-Nb205-ZnO体系微结构和介电性能的影响'>6.2 BIT掺杂对BaTiO3-Nb205-ZnO体系微结构和介电性能的影响
  • 6.2.1 样品制备
  • 6.2.2 BIT掺杂对BTNZ晶体结构的影响
  • 6.2.3 BIT掺杂对BTNZ烧结特性的影响
  • 6.2.4 BIT掺杂对BTNZ微观形貌的影响
  • 6.2.5 BIT掺杂对BTNZ介电性能的影响
  • 6.2.6 烧结温度对BTNZ系统介电性能的影响
  • 6.3 CBS掺杂对BTNZ-BIT微观结构和性能和影响
  • 6.3.1 样品制备
  • 6.3.2 CBS掺杂对BTNZ-BIT显微结构的影响
  • 6.3.3 CBS掺杂对BTNZ-BIT介电性能的影响
  • 6.3.4 烧结温度对BTNZ-BIT介电性能的影响
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 总结
  • 7.1 论文主要结果
  • 7.2 论文创新点
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者在攻读硕士期间主要研究成果

    • 相关论文文献

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