温度稳定型MLCC用巨介陶瓷的制备与研究

摘要

本文主要以钛酸钡基介质材料为研究对象，采用固相法并结合气氛烧结工艺，利用掺杂改性手段成功制备出温度稳定型MLCC用巨介电常数（ε>10000）材料。该介质材料表现出了优异的性能，有望实现在国防军工、汽车电子等领域的应用。对材料的微观结构和介电及电学性能的关系进行研究，建立相关机理模型，为温度稳定型巨介材料的研究提供一定的理论基础。 以温度稳定型 BaTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3-Nb2O5体系为研究对象，探究不同烧结气氛和Nb2O5掺杂含量对于材料介电性能和微观结构的综合影响。研究了陶瓷微观形貌、晶相组成、离子取代和介电性能之间的联系，阐述了电子跳跃极化的产生过程和巨介电常数效应形成的原因，解释了 Nb5+掺杂对于巨介电性能的改性作用。发现“壳-芯”结构能够改善晶界电阻，控制晶界处载流子浓度以及电子在晶粒间的迁移，并有效阻止绝缘特性的恶化。经过优化，掺杂2.5wt%Nb2O5并在N2气氛烧结的样品获得了较优性能：室温介电常数13800，介电损耗为0.06，绝缘电阻率控制在1010Ω·cm左右。 为了进一步优化钛酸钡基巨介材料的介电损耗和绝缘电阻率，研究了Ni2+离子和 Mn2+离子的协同掺杂作用。结果表明，Mn2+离子能够有效阻止还原气氛下电子跳跃极化的产生，导致巨介效应消失；Ni2+离子对于介电常数提升效果明显，但无法阻止绝缘电阻率的恶化。在 0.1%H2/N2 烧结气氛中， 0.2wt%NiO 和0.1wt%MnCO3共掺杂比例的样品表现出优异的综合性能：室温介电常数 ε 大于4×104，介电损耗 tanδ 约为~0.026，100V 直流偏压下测得绝缘电阻率 ρ 大于1011Ω·cm，在-55℃~150℃温度范围内保持良好的温度稳定性（△C/C25℃≤±15％），满足 EIA-X8R 指标。这种新型巨介材料弥补了现有巨介体系介电损耗高、电阻率差等不足，有望成为制备大容量BME-MLCC的理想材料。

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