宽温稳定型Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-BaTiO3介电陶瓷的制备与改性研究

摘要

多层陶瓷电容器(MLCC)作为重要的基础元器件被广泛应用于电子信息技术领域，现阶段被广泛应用的X7R和X8R型MLCC只能在125℃和150℃以下使用。随着能源、航空航天、冶金、石油化工等领域的发展，要求此类电子设备能够在极其恶劣的条件下正常运行，这就要求MLCC的工作温度上限提高到200℃，甚至200℃以上。因而，研究能够在更宽的温度范围、更高的温度条件下使用的MLCC介质材料已经成了当前迫切的需要。
　　 针对上述问题，本论文以xBi(Zn1/2Ti1/2)O3-(1-x)BaTiO3(简称xBZT-(1-x)BT)为研究对象，采用固相法制备了xBZT-(1-x)BT(x=0.05～0.40)陶瓷，研究了BZT掺量对体系物相结构、显微结构及介电性能的影响。研究结果表明，BZT的加入使体系表现出明显的频率色散和弥散相变，且具有很强的弛豫特性;介电常数峰被压低，高温端介温曲线变得更加平坦;0.20BZT-0.80BT组分的容温变化率较好，介电常数适中，经过掺杂改善其低温端温度稳定性，有望用作高工作温度的MLCC介质材料。
　　 Nb2O5可以有效改善体系低温稳定性，但原料加入方式的不同会导致体系物相结构、显微结构及介电性能的不同。同时，Nb2O5、Co3O4也常用来改善陶瓷低温稳定性，并且不同的Nb/Co比值将会对体系介电性能产生不同的影响。本论文研究了Nb2O5及Nb2O5/Co3O4掺杂对0.20BZT-0.80BT体系结构及介电性能的影响。最终得到最优介电性能的参数为:1kHz频率下，ε=1165，tanδ=1.2％，ΔC/C25℃≦±15％的温度范围-70～200℃。
　　 BaTiO3陶瓷的“核-壳”结构在制备满足一定性能要求的MLCC上起着重要的作用，材料整体的介电性能是铁电相晶粒核、顺电相晶粒壳的叠加，并且介电性能与晶粒核与晶粒壳的体积分数密切相关。本论文就此重点研究了通过不同的结构设计并结合化学包覆工艺制备得到了具有多壳层“核-壳”结构的陶瓷，并利用核与壳的不同摩尔比来调控材料的介电性能。研究结果表明，依次通过溶胶包覆和沉淀包覆后烧结得到的陶瓷中nc∶ns=1∶1组分的介电性能最佳，ε=1860，tanδ=1.14％，ΔC/C25℃≦±15％的温度范围-60～157℃。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 MLCC简介

1．2．1 MLCC的结构

1．2．2 MLCC的发展趋势

1．2．3 MLCC介质材料分类

1．3 BaTiO3的结构与改性机理

1．3．1 BaTiO3的晶体结构

1．3．2 BaTiO3陶瓷的介电性能

1．3．3 BaTiO3的改性机理

1．3．4 BaTiO3陶瓷的“核-壳”结构

1．4 材料体系的选择

1．5 论文研究目的及内容

第2章 Bi(Zn1／2Ti1／2)O3-BaTiO3陶瓷的制备、结构及性能表征

2．1 实验原料

2．2 制备工艺

2．3 样品结构表征及性能测试

2．3．1 体积密度

2．3．2 X射线衍射分析(XRD)

2．3．3 介电性能测试

2．3．4 铁电性能测试

2．3．5 扫描电子显微分析(SEM)

2．3．6 透射电子显微分析(TEM)

2．3．7 电子探针显微分析(EPMA)

第3章 xBi(Zn1／2Ti1／2)O3-(1-x)BaTiO3陶瓷的制备及介电性能研究

3．1 xBZT-(1-x)BT陶瓷的制备

3．2 xBZT-(1-x)BT陶瓷的物相结构及显微结构

3．2．1 物相结构

3．2．2 显微结构

3．3 xBZT-(1-x)BT陶瓷的介电性能

3．3．1 介温谱

3．3．2 容温特性

3．3．3 弛豫特性

3．3．4 铁电性

3．4 本章小结

第4章 Bi(Zn1／2Ti1／2)O3-BaTiO3陶瓷的改性及介电性能研究

4．1 Nb2O5改性BZT-BT陶瓷

4．1．1 实验路线

4．1．2 物相结构

4．1．3 显微结构

4．1．4 介温谱

4．1．5 容温特性

4．2 Nb2O5／Co3O4改性BZT-BT陶瓷

4．2．1 实验路线

4．2．2 物相结构

4．2．3 介温谱

4．2．4 容温特性

4．3 本章小结

第5章 化学包覆的结构设计及介电性能研究

5．1 结构设计及工艺方法

5．2 微观结构

5．3 介电性能

5．4 结构设计对微观结构及介电性能的影响

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表文章及专利