中溫?zé)Y(jié)鈦酸鋇鍶基電容器陶瓷的研究.pdf

1、以(Ba，Sr)TiO3為基(簡(jiǎn)稱為BST)，采用傳統(tǒng)電容器陶瓷制備工藝和常規(guī)電容器陶瓷原料，借助正交設(shè)計(jì)法研究各種摻雜助劑的種類和用量對(duì)中溫?zé)Y(jié)BST基電容器陶瓷介電性能的影響，確定了影響中溫?zé)Y(jié)的BST基陶瓷介電性能的主次因素，其性能隨各因素水平影響的趨勢(shì)，得到最佳配方。 在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上用單因素變量法研究鉛硼玻璃、Bi2O3/Li2O固溶體、CaZrO3、Nb2O5/Co2O3及其加入量對(duì)(Ba，Sr)TiO3基陶瓷中溫

2、燒結(jié)、性能以及結(jié)構(gòu)的影響，研究其作用機(jī)制，認(rèn)為4PbO.B2O3、Bi2O3/Li2O固溶體在燒結(jié)過(guò)程中形成液相，使得晶粒發(fā)生重排，強(qiáng)化晶粒接觸，氣孔充分排出，促進(jìn)晶粒發(fā)育，提高瓷體致密度，從而達(dá)到降低燒結(jié)溫度的目的，并通過(guò)成分起伏相變影響瓷料的介電溫度特性，添加不同量的CaZrO3對(duì)瓷料的改性機(jī)理不一，摻雜少量CaZrO3使得樣品發(fā)生疊峰現(xiàn)象，提高樣品的介電常數(shù)，摻雜過(guò)量的CaZrO3則是通過(guò)固溶緩沖展寬機(jī)制和粒界緩沖展寬機(jī)制影響瓷料

3、的介電性能。摻雜Nb2O5和CO2O3的壓峰和展寬作用較為明顯，分析其原因是形成了殼一核結(jié)構(gòu)，限制晶粒長(zhǎng)大。討論分析了各摻雜物的作用機(jī)理。采用傳統(tǒng)工藝和常規(guī)原料制備電容器陶瓷，通過(guò)調(diào)整配方和工藝，得到一系列中溫?zé)Y(jié)介電性能優(yōu)良的BST電容器陶瓷配方。 采用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、Bi4Ti3O12單因素變量法摻雜實(shí)驗(yàn)、Dy2O3單因素變量法摻雜實(shí)驗(yàn)研究了各組分對(duì)高壓X7R特性鈦酸鋇鍶基電容器陶瓷介電性能、顯微結(jié)構(gòu)和燒結(jié)溫度的影響，探討了各

4、組分對(duì)鈦酸鋇鍶基電容器陶瓷性能影響機(jī)理，為研制高壓X7R特性多層陶瓷電容器用介質(zhì)材料提供了依據(jù)。得到介電性能好的晶粒尺寸在1μm左右的高壓X7R型中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器用介質(zhì)材料。 CdO的引入有利于Nb2O5和Dy2O3的固溶和擴(kuò)散，從而有效的降低了材料的燒結(jié)溫度，提高材料的介電常數(shù)，同時(shí)可以改善陶瓷中晶粒的形貌，抑制晶粒的長(zhǎng)大。過(guò)量的Nb2O5偏析于晶界，阻止晶界移動(dòng)，抑制晶粒生長(zhǎng)，從而形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)℃a2+和Zr4+分別進(jìn)入

5、晶格中部分Ba2+和Ti4+位置，都能降低居里點(diǎn)處的介電常數(shù)峰值，使居里溫度向低溫方向偏移，并能抑制品粒的長(zhǎng)大，提高介電常數(shù)。 Bi4Ti3O12玻璃相包裹晶粒和填充粒間，構(gòu)成瓷體的復(fù)雜非均勻結(jié)構(gòu)。異相對(duì)BaTiO3鐵電相的制約作用，使B位陽(yáng)離子所處的勢(shì)阱深度變淺，表現(xiàn)為ε-T特性曲線較平坦。 在鈦酸鋇基陶瓷中微量摻雜稀土氧化物Dy2O2可以抑制晶粒生長(zhǎng)，產(chǎn)生細(xì)晶效應(yīng)，使得居里峰在整個(gè)工作溫區(qū)內(nèi)彌散展寬，獲得較高的介電常

6、數(shù)和良好的容量溫度特性，滿足X7R特性，可以大幅度提高鈦酸鋇鍶基陶瓷的耐壓強(qiáng)度。 在鈦酸鍶鋇基陶瓷中微量摻雜稀土氧化物Y2O3可以抑制晶粒生長(zhǎng)，產(chǎn)生細(xì)晶效應(yīng)，使得居罩峰在整個(gè)工作溫區(qū)內(nèi)彌散展寬，獲得較高的介電常數(shù)和良好的容量溫度特性，并可以大幅度提高鈦酸鋇鍶基陶瓷的耐壓強(qiáng)度。當(dāng)Y2O3摻雜量為0.6wt％和Dy2O3摻雜量為1.0 wt％時(shí)，分別得到中溫?zé)Y(jié)綜合性能較好的電容器陶瓷。Yb2O3的加入沒(méi)有改變BST陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，

7、大大提高BST陶瓷的介電常數(shù)。當(dāng)Yb2O3的加入量為0.9 wt％時(shí)，采用碳酸鋰作為燒結(jié)助劑，得到介電常數(shù)高達(dá)10000的中溫?zé)Y(jié)BST電容器陶瓷。 MgO摻雜后的樣品的介電峰被壓抑和展寬，表現(xiàn)出擴(kuò)散相變。從xRD譜圖可知，MgO摻雜后的樣品仍為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。當(dāng)MgO摻雜量為0.2wt％和1.0wt％時(shí)，分別得到綜合性能較好的中溫?zé)Y(jié)的鈦酸鋇鍶陶瓷。 Bi2Sn2O7摻雜物包裹晶粒和填充晶粒間，構(gòu)成瓷體的復(fù)雜非均勻結(jié)

8、構(gòu)。這種異相對(duì)(Ba,Sr)TiO3鐵電相有制約作用，使B位陽(yáng)離子所處的勢(shì)阱深度變淺，表現(xiàn)為ε-T特性曲線較平坦。當(dāng)Bi2Sn2O7摻雜量為30wt％時(shí)，得到綜合性能好的符合X7R特性燒結(jié)溫度為1150℃的中溫?zé)Y(jié)鈦酸鋇鍶陶瓷。 在Ba(CH3COO)2-Sr(NO3)2-Cd(NO3)2-Ti(OC4H9)4-H2o-CH3COOH-CH3CH2OH體系中，采用溶膠凝膠法研究了(Ba0.70Sr0.25Cdo.05)TiO3(

9、BSCT)超細(xì)粉體的制備。采用X-射線衍射儀和比表面積測(cè)定儀研究了加水量、熱處理溫度等對(duì)BSCT納米粉體的顆粒尺寸、物相組成和比表面積的影響，用掃描電鏡和透射電鏡觀察了BSCT納米粉體的顆粒尺寸和形貌。得到多層陶瓷電容器用BSCT納米粉體，粉體的平均粒徑為80nm左右，比表面積為13.64m2/g。干凝膠經(jīng)過(guò)950℃熱處理即可形成鈣鈦礦相，比傳統(tǒng)固相合成法低250℃～300℃。 采用溶膠-凝膠法制備的(Ba0.70Sr0.25C

10、d0.05)TiO3超細(xì)粉體研究了(Ba0.70Sr0.25Cd0.05)TiO3超細(xì)陶瓷的制備，其平均晶粒尺寸約為1μm；得到綜合性能較好的(Ba0.70Sr0.25Cd0.05)TiO3超細(xì)陶瓷。隨著晶粒尺寸的減小，(Ba0.70Sr0.25Cd0.05)TiO3陶瓷材料介電常數(shù)峰值有大幅度的提高，相變溫區(qū)有變窄趨勢(shì)。 采用檸檬酸-硝酸鹽燃燒法研究了超細(xì)鈦酸鋇鍶(BST)粉體和摻雜BST粉體的制備；研究了檸檬酸量、溶液的PH

11、值、熱處理溫度和分散劑對(duì)超細(xì)BST粉體的物相和形貌及顆粒大小的影響，確定了最佳的檸檬酸量、PH值、熱處理溫度和分散劑(乙二醇)的量。得到超細(xì)BST粉體，其相結(jié)構(gòu)為立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，平均粒徑約為50-100nm，顆粒形貌為不規(guī)則球形。同時(shí)還得到摻雜的超細(xì)BST粉體，平均粒徑約為70nm。 采用溶膠-凝膠法研究了Bi4Ti3O12粉體的制備，得到的超細(xì)Bi4Ti3O12粉體相結(jié)構(gòu)為鉍層狀結(jié)構(gòu)，粒徑約為70nm左右。 在超細(xì)B