Ba-,x-Sr-,1-x-TiO-,3-介質(zhì)材料摻雜改性及低溫?zé)Y(jié)研究.pdf

1、隨著電子信息行業(yè)及表面貼裝技術(shù)的快速發(fā)展，片式多層陶瓷電容器(MuRi-layer Ceramic Capacitor，簡稱MLCC)正趨向于小型、大容量、低成本、無鉛、中高壓、高性能化及高頻方向發(fā)展。中高壓MLCC需具有高耐壓特性，同時為節(jié)能降耗和降低器件制造成本，需滿足低溫共燒技術(shù)(Low Temperature Co-firedCeramics，簡稱LTCC)的要求，以便與低成本內(nèi)電極共燒。因此，開發(fā)耐壓特性好、燒結(jié)溫度低、抗還原

2、性瓷料成為當(dāng)今中高壓陶瓷材料的研究熱點。 鈦酸鍶鋇陶瓷(Ba<,x>Sr<,1-x>TiO<,3>，簡稱BST)具有可調(diào)的介電性能及較高的耐壓特性，是中高壓片式多層陶瓷電容器材料的研究熱點。目前國內(nèi)外對BST陶瓷的改性研究主要集中在濕化學(xué)制備及鉛改性等方面，燒結(jié)溫度較高，不符合片式多層陶瓷電容器低成本化、無鉛化的發(fā)展要求。本文正是基于以上要求，選用低純度原料，采用固相合成法，以具有良好介電性能的Ba<,x>Sr<,1-x>TiO

3、<,3>(x=0.1)材料為陶瓷介質(zhì)基料，通過(Nb<,3/4>Li<,1/4>)、(Nb<,2/3>Zn<,1/3>)及(Nb<,1/2>Sm<,1/2>)取代B位Ti，制備出無鉛、性能優(yōu)良的中高壓片式多層陶瓷電容器材料；在此基礎(chǔ)上，采用自制ZnO-B<,2>O<,2>-SiO<,2>玻璃(ZBS)作為燒結(jié)助劑，降低Ba<,x>Sr<,1-x>TiO<,3>陶瓷的燒結(jié)溫度，實現(xiàn)與金屬Ag電極的低溫共燒，并研究低溫?zé)Y(jié)Ba<,x>Sr<

4、,1-x>TiO<,3>陶瓷的應(yīng)用技術(shù)。本文的主要研究成果如下： (一)Ba<,0.9>Sr<,0.1>TiO<,3>陶瓷燒結(jié)特性和介電性能的研究。陶瓷樣品在1225℃～1425℃范圍內(nèi)燒結(jié)形成四方晶系的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶體。在1225℃～1325℃范圍內(nèi)，隨著燒結(jié)溫度的升高，陶瓷樣品致密度逐漸提高，其介電常數(shù)、擊穿場強和介質(zhì)損耗得到改善，但在1375℃～1425℃下燒結(jié)，容易形成Ti<'3+>，惡化了樣品的介電性能。Ba<,0.9

5、>Sr<,0.1>TiO<,3>陶瓷在1325℃保溫2h燒結(jié)能夠獲得最佳介電性能為：ε<,r>=2354，E<,b>=10.22kv/mm，tanδ=0.01345，ρ=7.0×10<'9>Ω·cm。 (二)通過施主—受主離子復(fù)合取代B位Ti<'4+>改善Ba<,0.9>Sr<,0.1>TiO<,3>陶瓷的介電性能。(Nb<,3/4>Li<,1/4>)、(Nb<,2/3>Zn<,1/3>)、(Nb<,1/2>Sm<,1/2>)分

6、別占據(jù)B位取代Ti，均形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BaTiO<,3>基固溶體。同(Nb<,3/4>Li<,1/4>)、(Nb<,2/3>Zn<,1/3>)取代Ti相比，適量的(Nb<,1/2>Sm<,1/2>)取代Ti提高了Ba<,0.9>Sr<,0.1>TiO<,3>系陶瓷的擊穿場強、絕緣電阻率，且減小了介電損耗。當(dāng)取代量為x=0.04時，Ba<,0.9>Sr<,0.1>(Nb<,1/2>Sm<,1/2>)<,0.04>Ti<,0.96>O<,3

7、>陶瓷在1510℃保溫2h燒結(jié)可獲得最佳介電性能：δ=6168，tanδ=0.0024，E<,b>=14.3kv/mm，ρ=3.0×10<'12>Ω·cm。 (三)添加自制ZBS玻璃燒結(jié)助劑降低Ba<,0.9>Sr<,0.1>TiO<,3>系陶瓷的燒結(jié)溫度。添加ZBS玻璃能有效降低Ba<,0.9>Sr<,0.1>(Nb<,1/2>Sm<,1/2>)<,0.04>Ti<,0.96>O<,3>陶瓷(簡稱BSNST)的燒結(jié)溫度，當(dāng)添加量不低于

8、5wt％時，可使BSNST陶瓷燒結(jié)溫度降至925℃以下，且介電性能隨ZBS玻璃添加量的增加而有所下降。綜合燒結(jié)特性和介電性能，添加5wt％ZBS的BSNST陶瓷在925℃保溫2h燒結(jié)，獲得最佳介電性能：ε<,r>=2695，E<,b>=10.19kv/mm，tanδ=0.01265，9=1.0×10<'11>Ω·cm。此外，低燒BSNST陶瓷材料與Ag電極具有良好共燒界面，無明顯擴散反應(yīng)現(xiàn)象，是一種極具潛力的LTCC陶瓷材料，具有廣闊的