Zn-B-Si-O纳米复合物助烧剂及其掺杂钛酸钡基介电陶瓷的制备与表征

摘要

钛酸钡是典型的铁电体，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。钛酸钡基多层陶瓷电容器(MLCC)具有体积小，容量大，可靠性好，介电常数高等优点，是众多的电子元件中应用最广泛者之一。由于BaTiO3的烧结温度过高，使MLCC只能使用钯、铂等高熔点、难氧化的贵金属作为电极材料，导致设备和材料的成本大大提高。低熔点玻璃被广泛的应用于BaTiO3基陶瓷的低温烧结。但由于玻璃熔制温度较高，使某些组分挥发(如B2O3)，造成成分偏离。而且由于制备的玻璃粉颗粒较大，使其和陶瓷粉体不能混合均匀，在烧结过程中易出现桥跨现象，导致陶瓷晶粒异常长大，气孔增多，密度减小，性能恶化。本文采用sol—gel法制备Zn—B—Si—O(ZBSO)纳米复合物助烧剂，通过添加助烧剂制备了低温烧结BaTiO3陶瓷，并制备了BaTiO3基复相陶瓷和中温烧结的高介X7R型BaTiO3基瓷料。 1．采用sol—gel法和氧化物熔融法分别制备了ZBSO纳米复合物和ZBSO玻璃助烧剂，并且比较了两种助烧剂分别对钛酸钡陶瓷的助烧效果。研究表明：随着煅烧温度的提高，ZBSO纳米复合物粉体粒径先减小后增大，而且陶瓷中出现ZnSiO3相；随着溶胶的pH值增大，成胶速率加快，粉体的平均粒径增大。当溶胶的pH为2，煅烧温度为400℃时制备的ZBSO复合物粉体粒径最小(30nm)且分散均匀。掺杂ZBSO纳米复合物助烧剂的陶瓷比掺杂ZBSO玻璃的陶瓷具有更高地介电常数和更低的介电损耗。 2．制备了ZBSO玻璃租ZBSO纳米助烧剂掺杂纯钛酸钡陶瓷。研究了纳米助烧剂的煅烧温度、助烧剂的用量以及陶瓷的烧结温度对陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响。ZBSO纳米助烧剂在各方面的性能均优于ZBSO玻璃粉。采用纳米级ZBSO助烧剂可以有效的降低BaTiO3的烧结温度，而且还可以减少助烧剂的用量和陶瓷的气孔率，增强陶瓷的致密性，提高其介电常数。随着ZBSO助烧剂用量的增加陶瓷的致密性增强，介电常数表现为先增大后减小的趋势。随着烧结温度的提高，陶瓷的致密性增强。室温介电常数明显增大。1240℃/6h烧结的陶瓷样品室温介电常数达到4000左右。 3．通过添加ZBSO纳米复合物助烧剂，在较低温度下烧结得到BaTiO3和Nb2O5、Co2O3、Nd2O3掺杂BaTiO3复相陶瓷；通过XRD、SEM和TEM等测试手段对粉体或其陶瓷进行了表征，并测试了陶瓷的介电性能。研究了高低温组元的配比，助烧剂的用量对陶瓷相组成，微观形貌和介电性能的影响。结果表明：随着高低温组元配比的改变，陶瓷的两相固有的介电峰的高低也在相应变化；增加助烧剂的用量有助于陶瓷晶粒的生长，可以使陶瓷的气孔减少，致密度提高；当两相的配比为0.83BT～0.17BTNCN时，添加ZBSO助烧剂于1200℃烧结6h得到满足X7R特性的BaTiO3基复相陶。 4.制备了ZBSO纳米复合物助烧剂以及改性剂Nb2O5、Co2O3、Nd2O3复合掺杂的X7R型BaTiO3基陶瓷，研究了助烧剂的用量和烧结温度对陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响。研究表明：当助烧剂的用量太少时，不能有效的促进陶瓷烧结。但是过量的助烧剂会使陶瓷晶粒过度生长，导致介电性能恶化。提高烧结温度有利于减少陶瓷中的气孔，增强其致密性，但过高的烧结温度同样也会使陶瓷晶粒过度生长，从而降低其室温介电常数。掺杂ZBSO纳米助烧剂的BaTiO3基陶瓷在空气中于1240℃烧结6h后的主要性能指标达到：室温介电常数为4310，最大容温变化率约为12％(-55～+125℃)。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景与意义

1.2钛酸钡陶瓷的介电性能

1.3钛酸钡基陶瓷的烧结理论

1.4钛酸钡陶瓷的烧结方法

1.4.1放电等离子烧结法

1.4.2两步烧结法

1.4.3微波烧结

1.4.4热压烧结法

1.5低温烧结钛酸钡陶瓷

1.5.1钛酸钡纳米粉体的制备

1.5.2助烧剂的低温烧结机制

1.5.3助烧剂的分类

1.5.4.助烧剂的制备

1.5.5助烧剂的添加方式

1.6选题的思路和研究内容

第二章实验方法

2.1陶瓷样品的制备工艺

2.2陶瓷样品的密度和线收缩率

2.3样品的相组成分析

2.4钛酸钡前驱体干凝胶的热分析

2.5预烧粉体的微观形貌分析

2.6陶瓷样品的显微组织分析

2.7陶瓷样品的介电性能测试

第三章Zn-B-Si-O纳米复合氧化物的制备及表征

3.1引言

3.2 ZBSO干凝胶的热分析

3.3 ZBSO干凝胶的红外分析

3.4热处理温度对样品的相组成和微观形貌的影响

3.5溶胶的pH值对样品的相组成和粒径的影响

3.6结论

第四章ZBSO纳米助烧剂掺杂BaTiO3陶瓷的制备和表征

4.1引言

4.2 ZBSO玻璃和纳米复合物助烧剂分别掺杂钛酸钡陶瓷的性能比较

4.3不同煅烧温度的ZBSO助烧剂对钛酸钡陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响

4.4助烧剂的用量对陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响

4.5烧结温度对陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响

4.6结论

第五章BaTiO3基复相陶瓷的制备和介电性能

5.1引言

5.2 BTNCN干凝胶的热分析和相组成

5.3 BT-BTNCN复相陶瓷的相组成、微观形貌和介电性能

5.3.1高低温组元的比例对陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响。

5.3.2助烧剂用量对BT-BTNCN复相陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响

5.4结论

第六章ZBSO纳米助烧剂掺杂X7R型BaTiO3基陶瓷的制备及性能研究

6.1引言：

6.2ZBSO纳米助烧剂的用量对陶瓷相组成、微观彤貌和介电性能的影响

6.3烧结温度对陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响

6.4结论

结论与进一步研究工作

全文主要结论

进一步研究工作的建议

参考文献

附录

硕士期间已发表的文章、申请专利及获奖情况：

致谢