钛酸钡基温度稳定型介电陶瓷的制备及其性能研究

摘要

多层陶瓷电容器（Multilayer ceramic capacitor，MLCC）是重要的电子元器件，已广泛应用于移动通信、测量仪器等电子设备中。随着微电子工业和技术的日新月异，电子元器件的高度集成及微型化迫切需要功能陶瓷材料满足高介电常数、低损耗以及较低温度变化率的要求。目前，大多数的 PbTiO3-基陶瓷材料已经应用于电容器领域。然而在生产、制备、使用及废弃处理中，氧化铅的毒性以及在高温下容易挥发等缺点会对环境和人类社会的可持续发展造成极大的破坏。此外，钛酸钡（BaTiO3，BT）被认为是应用最广的一种高介电常数钙钛矿铁电体，但是这类高介质陶瓷材料的介电温度稳定性极差，特别是在相变温度附近介电常数波动很大，极大地限制了其应用。所以，对获得具有应用潜力的宽温度区间稳定型无铅高介电陶瓷体系的探索研究是当下亟需解决的现实问题,同时，研究无铅陶瓷体系的介电性能、弛豫机制以及微观机理是材料科学与凝聚态物理学的交叉点，具有十分重要的理论研究价值。
　　本论文研究依据掺杂改性思想，采用传统两步固相合成法制备了四个不同的陶瓷体系：(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.75W0.25)O3(BT-BMW)、(1-x)BaTiO3-xBi(Zn0.75W0.25)O3(BT-BZW)、(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.5)O3(BT-BMZ)、(1-x)BaTiO3-xBi(Mg2/3Nb1/3)O3(BT-BMN)无铅钛酸钡基陶瓷体系，并研究了其物相结构、微观显微结构、介电性能以及介电常数温度稳定性。
　　通过系统地对四个不同的陶瓷体系研究表明：BT-BMW、BT-BZW、BT-BMZ和BT-BMN陶瓷体系随着增加掺杂含量，从正常的铁电体逐渐转变为弛豫铁电体；在一定的温度范围内，四个体系均具有高介电常数，较低介电损耗以及较小的介电常数温度变化率。当BT-BMW陶瓷样品组分为0.07≤x≤0.24时，在200~500℃的温度范围内，具有高介电常数（2000~5000）、较低介电损耗以及介电常数的温度变化率（Δε/ε200℃）在±15％以内。当BT-BZW陶瓷样品组分为x=0.04时，在25~125℃的温度范围内，具有高介电常数（~3000）、较低介电损耗（<3%）以及介电常数的温度变化率（Δε/ε25℃）在±15%以内，当陶瓷样品组分为x=0.2的（Δε/ε100℃）同样也在±15%内。当BT-BMZ陶瓷样品为 x=0.06和0.08，在200~350℃和200~370℃的温度范围内均具有高介电常数（~5000-7000）、较低介电损耗（<5%）以及介电常数的温度变化率（Δε/ε27℃）在15%以内，特别对组分为x=0.1，即使测试温度升高到大约400℃，陶瓷样品的Δε/ε200℃同样也在±15%内，该陶瓷样品在25~240℃温度范围内，具有稳定的高介电常数（~6800±15%）、较低介电损耗（≤9%）以及介电常数的温度变化率（Δε/ε100℃）在15%以内。通过掺杂改性，显著改善了四个陶瓷体系的介电常数温度稳定性，同时具有高的介电常数。

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物理名称及符号表

第一章 绪 论

1.1温度稳定型陶瓷材料概述

1.2本文的主要研究内容

第二章 样品制备、结构表征与性能测试

2.1 陶瓷样品的制备

2.2 陶瓷样品的结构表征方法与性能测试技术

第三章BaTiO3-Bi(Mg0.75W0.25)O3陶瓷的结构与介电性能

3.1引言

3.2 样品的制备与表征

3.3 BT-BMW陶瓷的结构表征

3.4 BT-BMW陶瓷的烧结特性

3.5 BT-BMW陶瓷的介电性能及其温度稳定性

3.6 本章小结

第四章BaTiO3-Bi(Zn0.75W0.25)O3陶瓷的结构与介电性能

4.1引言

4.2 样品的制备与表征

4.3 BT-BZW陶瓷的结构表征

4.4 BT-BZW陶瓷的介电性能及其温度稳定性

4.5 BT-BZW陶瓷的机理研究

4.6 本章小结

第五章BaTiO3-Bi(Mg0.5Zr0.5)O3陶瓷的结构与介电性能

5.1引言

5.2 样品的制备与表征

5.3 BT-BMZ陶瓷的结构表征

5.4 BT-BMZ陶瓷的介电性能及其温度稳定性

5.5 BT-BMZ陶瓷的机理研究

5.6 本章小结

第六章BaTiO3-Bi(Mg2/3Nb1/3)O3陶瓷的结构与介电性能

6.1引言

6.2 样品的制备与表征

6.3 BT-BMN陶瓷的结构表征

6.4 BT-BMN陶瓷的介电性能及其温度稳定性

6.5 本章小结

第七章 结 论

参考文献

个人简历，攻读硕士学位期间发表的学术论文

个人简历

研究成果及发表的学术论文

专利

学术会议

致谢