亞微米BaTiO-,3- X7R MLC細(xì)晶陶瓷介質(zhì)材料的介電性能研究.pdf

1、該文基于晶體化學(xué)、材料物理化學(xué)、電介質(zhì)物理等基礎(chǔ)理論,運用XRD、TEM、EDX、SEM等現(xiàn)代微觀分析手段,對亞微米鈦酸鋇超細(xì)粉料制備技術(shù)以及高介高性能X7R MLC瓷料和高壓高性能X7R的介電性能進(jìn)行了研究.1.全面分析了BaTiO<,3>的細(xì)晶高介機(jī)理,即具有亞微米微觀結(jié)構(gòu)的鈦酸鋇陶瓷,晶粒大小均勻并保持在1微米以下,抑制了晶粒中90°疇的出現(xiàn)幾率,晶粒內(nèi)部處于高應(yīng)力狀態(tài)下,從而使居里點以下各溫度點的介電常數(shù)上升,這種現(xiàn)象稱為細(xì)晶效

2、應(yīng),對于改善鈦酸鋇的電容量溫度特性有重要的作用.當(dāng)BaTiO<,3>的晶粒尺寸約為0.7μm-1μm時,介電常數(shù)具有最大值.2.采用共沉淀法、水熱合成法可制得性能優(yōu)良的BaTiO<,3>超細(xì)粉體,平均粒徑小于0.8μm,粒徑分布范圍窄,且不含硬團(tuán)聚體,有利于制備介電性能優(yōu)良的高介MLC瓷料.通過XRD分析,研究了不同熱處理溫度對共沉淀BaTiO<,3>的晶格結(jié)構(gòu)以及介電性能的影響,制備以四方相為主的BaTiO<,3>粉料,提高系統(tǒng)的介電

3、常數(shù).3.在高介X7R MLC瓷料系統(tǒng)中,選用亞微米級的共沉淀BaTiO<,3>為基,添加晶粒抑制劑Nb<,2>O<,5>、居里峰展寬劑MgO以及多種稀土氧化物,獲得了細(xì)晶致密的微觀結(jié)構(gòu)和高介電常數(shù)及其他優(yōu)良的介電性能.通過TEM、EDAX分析證實了Nb<,2>O<,5>在BaTiO<,3>晶粒中的擴(kuò)散速率很低,因此形成了獨特的殼-芯結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的介電性能是由鐵電相BaTiO<,3>晶芯和順電相的摻Nb<'5+>的BaTiO<,3>晶殼共

4、同決定.電容量隨溫度的變化曲線出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象,改善了電容量溫度特性.MgO的添加改善了負(fù)溫區(qū)的電容量變化率,與Nb<,2>O<,5>協(xié)同作用加強(qiáng)了晶粒中殼的作用,增大了系統(tǒng)的內(nèi)應(yīng)力,從而提高了介電常數(shù),使整個溫區(qū)的電容量變化率變得平坦.稀土氧化物對鈦酸鋇基陶瓷的化學(xué)改性分為兩種情況,即產(chǎn)生化學(xué)非均勻性的殼-芯結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和化學(xué)均勻性系統(tǒng).摻雜呈現(xiàn)化學(xué)均勻性的稀土添加物有La<,2>O<,3>、Sm<,2>O<,3>和Nd<,2>O<,3>.L

5、a<,2>O<,3>可以改善高溫區(qū)的電容量變化率,電容量溫度變化曲線呈現(xiàn)單一的峰值.Sm<,2>O<,3>抑制居里峰的作用較強(qiáng),可以將居里峰值大幅度移向低溫.Nd<,2>O<,3>對BaTiO<,3>的改善作用強(qiáng)于前兩種添加物,隨著添加量的增加,整個低溫段(低于20℃)的介電常數(shù)溫度曲線變得平坦,基峰的強(qiáng)度提高.化學(xué)非均勻性的稀土添加物有Pr<,6>O<,11>、Gd<,2>O<,3>,其中Gd<,2>O<,3>的添加改性使系統(tǒng)獲得了理

6、想的介電性能,與其他離子的協(xié)同改性使系統(tǒng)成為具有高介高性能X7R介質(zhì)瓷料.研制成功的高介細(xì)晶X7R瓷料介電常數(shù)大于4700,為制備高比容、超薄介質(zhì)層的MLC奠定了基礎(chǔ).4.在X7R特性的高壓MLC瓷料系統(tǒng)中,仍以亞微米級的共沉淀BaTiO<,3>為基料,分別添加微量的CaZrO<,3>、ZnO、SrCO<,3>、MgO和稀土氧化物(Ho<,2>O<,3>、Er<,2>O<,3>或Y<,2>O<,3>).Ho<,2>O<,3>、Er<,2

7、>O<,3>或Y<,2>O<,3>具有較小的離子半徑,摻雜后可使BaTiO<,3>系統(tǒng)的電滯回線明顯變窄,剩余極化降低,從而使極化隨電場變化時產(chǎn)生的能量損耗減小,同時能夠增加系統(tǒng)的絕緣電阻率,增強(qiáng)BaTiO<,3>在高電場下工作的可靠性,有效地提高耐壓強(qiáng)度Eb.MgO、CaZrO<,3>對BaTiO<,3>的居里峰展寬作用顯著,ε峰值降低,ε溫度特性平坦;ZnO熔點較低,微量摻雜時,聚集在晶界處,促進(jìn)了燒結(jié),并抑制晶粒的生長,形成致密瓷