BaO-Nd2O3-TiO2基陶瓷抗還原特性的研究.pdf

1、BaO-Nd2O3-TiO2系介質(zhì)材料因其具有優(yōu)異的介電性能，是作為高頻電容、微波諧振器和濾波器的關(guān)鍵材料，在通訊技術(shù)中有著重要的應(yīng)用。隨著多層陶瓷電容器(MLCC)向小型化、低成本化的發(fā)展，開發(fā)出一種具有抗還原特性，能與賤金屬內(nèi)電極一起在還原性氣氛中共燒的高頻介質(zhì)材料迫在眉睫。本論文以BaO-Nd2O3-TiO2系材料為研究對象，研究了助燒劑、受主摻雜、離子取代、施受主共摻雜及燒結(jié)工藝對還原氣氛下燒結(jié)的BaO-Nd2O3-TiO2基陶

2、瓷的相組成、晶體結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、介電性能和絕緣特性的影響，探討了材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。
　　選用空氣中具有較優(yōu)綜合介電性能的Ba4.5(Nd0.7Sm0.3)9Ti18O54(BNST)作為基本體系，通過引入適量不同的助燒劑SA1、SA2和SA3作為助燒劑，將BNST的燒結(jié)溫度降至1180℃。隨著助燒劑的引入，空氣中燒結(jié)的BNST陶瓷的介電性能基本不變。助燒劑摻雜的BNST樣品在氮氣中燒結(jié)時，仍出現(xiàn)了半導(dǎo)化，但其絕緣電阻較未摻

3、雜的樣品有所提高，其中 SA3摻雜樣品的損耗較低，εr=1078.50，tanδ=0.076,ρ=6.58×10+6Ω.cm。
　　研究了不同含量的受主CuO(0-1.5％)、MnCO3(0-3%)對還原性氣氛中燒結(jié)的SA3摻雜BNST陶瓷結(jié)構(gòu)與介電性能的影響。XRD結(jié)果表明Cu和Mn均固溶到BNST晶格中，陶瓷為單一的鎢青銅相結(jié)構(gòu)。CuO和MnCO3摻雜可促進陶瓷的致密化。隨著受主含量的增加，還原性氣氛中燒結(jié)BNST基陶瓷的抗還

4、原性顯著提高。當(dāng)CuO的添加量在1.5%以內(nèi)時，受主不能完全補償氧空位所產(chǎn)生的電子，陶瓷的損耗較高。當(dāng) MnCO3摻雜量超過1.8%時，N2/H2氣中燒結(jié)的BNST基陶瓷的絕緣電阻高達(dá)10+12Ω.cm，具有優(yōu)異的抗還原性。當(dāng)MnCO3含量為2%時，1180℃還原性氣氛中燒結(jié)的BNST樣品具有較優(yōu)的綜合性能：εr=79.02，tanδ=2.3×10-3，TCK=-65ppm/K，ρ=1.2×10+12Ω.cm。
　　對Ba4.5N

5、d9Ti18O54基陶瓷中的Nd用Sm、Bi進行部分取代，隨著Sm置換量的增加，空氣中燒結(jié)樣品的介電常數(shù)下降，介電常數(shù)溫度系數(shù)TCK逐漸減小，更趨近于0，當(dāng)Nd:Sm=5:5時，TCK降至-22ppm/K。當(dāng)Bi含量在0.12以內(nèi)時，均可形成固溶體，BNT基材料為單一的鎢青銅結(jié)構(gòu)。隨著 Bi取代量的增加，空氣中燒結(jié)的BNT基陶瓷的介電常數(shù)升高至93.6，損耗略有下降，且TCK降低。還原性氣氛中燒結(jié)的Bi取代BNT基材料的抗還原性大幅度下

6、降，當(dāng)Sm含量超過0.3時，BNT基陶瓷的損耗有所增加。
　　研究了不同含量施主V2O5與受主MnCO3以及助燒劑SA3共摻雜對不同氣氛中燒結(jié)的Ba4.5(Nd0.7Sm0.3)9Ti18O54陶瓷結(jié)構(gòu)以及介電性能的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)樣品在空氣中燒結(jié)時，隨V2O5摻雜量的增加，介電常數(shù)略有下降，損耗則逐漸增大。將樣品置于還原性氣氛中燒結(jié)，V2O5的引入可以顯著改善陶瓷的介電性能，隨摻雜量的增加，介質(zhì)損耗下降，利用缺陷化學(xué)對此現(xiàn)象加以分析

7、。當(dāng)V2O5含量為10%時，BNST基陶瓷的損耗降為0.00023，介電常數(shù)為78.1。
　　通過對還原氣氛燒結(jié)工藝的研究，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度的適當(dāng)降低、再氧化溫度的提高和再氧化過程中氧含量的增加有助于改善BNST基陶瓷材料的綜合介電性能。但這些工藝的調(diào)整還需綜合考慮所使用的Ni電極材料的特性，以避免Ni電極的氧化。
　　本論文通過對BaO-Nd2O3-TiO2基陶瓷的改性，得到了一種性能優(yōu)良，可用于賤金屬內(nèi)電極多層片式電容的高頻