论文题目: 钛酸钡基抗还原介质的组成改性及基础工艺研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 王升
导师: 张树人
关键词: 贱金属电极多层陶瓷电容器,钛酸钡,改性机理,抗还原,壳芯结构,复合氧化物掺杂剂
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 多层陶瓷电容器（MLCC）是表面组装电路中最重要的电子元件之一。使用贱金属（Ni或Cu）代替昂贵的贵金属Pd或Ag／Pd合金作为内电极，可以极大地降低MLCC的生产成本。为防止Ni（或Cu）金属在空气中烧结时发生氧化，这类使用贱金属内电极的MLCC（BME-MLCC）必须在还原气氛下烧结，从而对MLCC介质材料的性能和应用特性提出了更高的要求。BaTiO3基抗还原介质陶瓷，作为可以与贱金属内电极共烧的MLCC材料，因而在工业应用和基础研究上都是最具吸引力的发展方向之一。 为满足某些车载用电子系统的对工作温度的苛刻要求，近来满足EIA X8R特性(-55℃～150℃，ΔC／C≤±15％，tanδ25℃≤0.025)的MLCC材料受到了广泛关注。但BaTiO3本身的居里温度在125℃左右，在此温度以上，材料要满足B特性（ΔC／C≤±15％）非常困难，如何提高BaTiO3的居里温度以制备X8R材料已经成为目前的研究难点。另一方面，采用亚微米级的超细原料已成为大容量MLCC的工艺基础，而亚微米级的超细原料的使用又对改性掺杂剂的粒径、纯度及掺杂的均匀性提出了更高的要求。为此国内外研究者发展了多种技术以达到在瓷料制备中掺杂剂的粒径控制和均匀分布；然而这些制备超细瓷料的方法都不同程度的存在着设备和操作复杂，原料和辅助材料昂贵等缺陷，导致其在生产实践中受到种种限制。 本论文正是针对上述问题，以BaTiO3基抗还原陶瓷材料为主要的研究对象，在深入分析BaTiO3陶瓷的改性机理的基础上，对材料和工艺问题作了创新性和探索性研究。主要内容为： 1．详细研究了稀土元素对BaTiO3-Mg-R（R=稀土元素La、Pr、Ce、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Yb）体系的微观结构和介电性能的影响。研究发现，陶瓷晶粒尺寸的变化、壳—芯结构的形成均与稀土元素的固溶度有关。首次发现过量稀土形成的焦绿石相R2Ti2O7可对壳—芯结构的形成起辅助作用。在Dy3+、Ho3+、Er3+和Yb3+掺杂并形成壳—芯结构的样品中，发现居里点随稀土离子的半径减小而升高，首次提出了如下的居里点移动机理：稀土离子取代BaTiO3的B位将使晶粒壳的BaTiO3晶胞体积增大，并导致晶粒壳发生相对于晶粒芯的体积膨胀，对晶粒芯产生张应力作用，使晶粒芯的居里点升高；反之，稀土离子的A位取代将使晶粒芯受到压应力作用，导致居里点降低。 2．详细研究了各种掺杂离子对壳—芯结构的BaTiO3-Mg-R（R=Yb、Ho）系统的介电性能的影响及其改性机理。首次发现，Mg／Yb共掺杂的BaTiO3陶瓷
论文目录:
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目录
第一章 绪论
1.1 多层陶瓷电容器的发展概况及现状
1.1.1 多层陶瓷电容器的结构和发展趋势
1.1.2 BME-MLCC带来的挑战和机遇
1.2 钛酸钡基抗还原介质材料的研究历史及现状
1.3 本论文的选题和研究内容
第二章 BaTiO_3陶瓷的微观结构和改性机理
2.1 BaTiO_3的微观结构
2.1.1 BaTiO_3的晶体结构
2.1.2 BaTiO_3的铁电畴结构
2.2 BaTiO_3陶瓷的晶粒尺寸效应
2.3 BaTiO_3陶瓷的改性机理
2.3.1 铁电陶瓷的展宽效应
2.3.1.1 相变扩散型展宽效应
2.3.1.2 固溶缓冲型展宽效应
2.3.1.3 粒界缓冲型展宽效应
2.3.2 铁电陶瓷居里峰的移动效应
2.3.3 重叠效应与居里峰的提高
2.4 化学非均匀性晶粒结构
2.5 应力对BaTiO_3的居里点的影响
2.5 本章小结
第三章 MLCC陶瓷材料的制备及测试方法
3.1 MLCC材料实验工艺流程
3.2 陶瓷材料的分析与测试
3.2.1 BaTiO_3陶瓷材料的微观结构分析
3.2.2 BaTiO_3陶瓷材料的介电性能测试
3.3 本章小结
第四章 稀土元素对BaTiO_3陶瓷的改性机理研究
4.1 不同稀土元素掺杂的BaTiO_3陶瓷的制备
4.2 稀土元素掺杂对BaTiO_3陶瓷显微结构的影响
4.2.1 稀土元素掺杂对相组成的影响
4.2.2 稀土元素掺杂对晶粒形貌的影响
4.3 稀土元素掺杂对BaTiO_3陶瓷电性能的影响
4.3.1 稀土元素掺杂对BaTiO_3陶瓷电阻率的影响
4.3.2 稀土元素掺杂对BaTiO_3陶瓷介电性能的影响
4.4 本章小结
第五章 宽温高稳定性BaTiO_3陶瓷的改性机理研究
5.1 Yb和Mg对BaTiO_3陶瓷介电性能的影响
5.1.1 样品的制备
5.1.2 单独掺杂Yb的BaTiO_3陶瓷的微结构及介电性能
5.1.3 Yb／Mg共掺杂的BaTiO_3陶瓷的介电性能
5.1.3.1 Yb的含量对BaTiO_3陶瓷的影响
5.1.3.2 Mg的含量对BaTiO_3陶瓷的影响
5.1.4 小结
5.2 Ca~(2+)和Zr~(4+)的改性机理研究
5.2.1 样品的制备和组成
5.2.2 CaCO_3对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构和介电性能的影响
5.2.2.1 CaCO_3对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构的影响
5.2.2.2 CaCO_3对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的介电性能的影响
5.2.3 ZrO_2对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构和介电性能的影响
5.2.3.1 ZrO_2对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构的影响
5.2.3.2 ZrO_2对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的介电性能的影响
5.2.4 CaZrO_3对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构和介电性能的影响
5.2.4.1 CaZrO_3对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构的影响
5.2.4.2 CaZrO_3对Yb掺杂的BaTiO_3陶瓷的介电性能的影响
5.2.5 CaZrO_3对Ho掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构和介电性能的影响
5.2.5.1 CaZrO_3对Ho掺杂的BaTiO_3陶瓷的微结构的影响
5.2.5.2 CaZrO_3对Ho掺杂的BaTiO_3陶瓷的介电性能的影响
5.2.6 小结
5.3 施主Nb~(5+)、V~(5+)、Mo~(6+)、W~(6+)的掺杂改性研究
5.3.1 样品的组成和制备
5.3.2 不同施主掺杂的BaTiO_3陶瓷的介电性能研究
5.3.3 小结
5.4 烧结气氛对抗还原BaTiO_3陶瓷的介电性能的影响
5.4.1 BaTiO_3陶瓷的制备
5.4.2 烧结气氛对BaTiO_3-Mg-Yb系统微结构的影响
5.4.3 烧结气氛对BaTiO_3-Mg-Yb系统介电性能的影响
5.5 本章小结
第六章 新型宽温高稳定性介质材料系统的制备
6.1 3d元素的掺杂改性机理研究
6.1.1 样品的制备及成分
6.1.2 3d元素的掺杂改性机理
6.1.3 小结
6.2 新型宽温高稳定性介质材料的制备及其介电性能研究
6.2.1 材料的制备及组成成分
6.2.2 材料的介电性能及其温度稳定性
6.2.2.1 3d元素掺杂的BaTiO_3陶瓷的介电性能
6.2.2.2 3d元素掺杂的BaTiO_3陶瓷的温度稳定性
6.2.3 小结
6.3 BaTiO_3-Nb_2O_5-Ni_2O_3系统的介电性能研究
6.3.1 样品的组成和制备
6.3.3 BaTiO_3-Nb_2O_5-Ni_2O_3系统的介电性能
6.4 本章小结
第七章 复合氧化物掺杂法制备抗还原介质瓷料的研究
7.1 纳米粉体的改性机理及溶胶—凝胶法的基本原理
7.1.1 纳米材料的表面效应
7.1.2 溶胶凝胶法的基本原理
7.2 复合氧化物掺杂剂用于制备Y5V陶瓷材料的研究
7.2.1 复合氧化物掺杂剂的制备
7.2.2 干凝胶和复合氧化物掺杂剂的物性表征
7.2.3 复合氧化物掺杂剂的掺杂效应
7.2.3.1 Y5V介质材料的制备和表征
7.2.3.2 煅烧温度对复合氧化物掺杂剂的掺杂效应的影响
7.2.3.3 复合氧化物掺杂剂的含量对Y5V陶瓷介电性能的影响
7.2.4 小结
7.3 复合氧化物掺杂剂用于制备X8R陶瓷材料的研究
7.3.1 复合氧化物掺杂剂的制备
7.3.2 干凝胶和复合氧化物掺杂剂的物性表征
7.3.3 复合氧化物掺杂剂的掺杂效应
7.3.3.1 X8R介质材料的制备
7.3.3.2 煅烧温度对复合氧化物的掺杂效应的影响
7.2.3.3 复合氧化物掺杂剂的含量对X8R陶瓷介电性能的影响
7.4 本章小结
第八章 结论和展望
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
参考文献
致谢
攻博期间发表的论文
个人简历
发布时间: 2006-11-28
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