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该论文对钛酸钡基温度稳定型陶瓷材料介电特性进行了系统的研究。研究了空气烧结的钛酸钡基X7R陶瓷材料的化学法合成工艺,以及材料组成、显微结构与性能三者之间的关系。采用Nb2O5和Co3O4作为施主/受主进行复合掺杂,Nd2O3稀土元素作为施主掺杂剂,得到了高介电常数的X7R陶瓷材料。Nb和Co取代B位,在烧结过程中以缺陷缔合的形式往陶瓷晶粒内扩散,在晶粒内形成了“芯-壳”结构。这种化学不均匀性结构的形成主要受材料的组成、烧结工艺的影响。
研究了还原气氛烧结的钛酸钡基X7R陶瓷材料的组成、结构与性能之间的关系。采用MgO-Re2O3掺杂体系,得到了具有较高介电常数的抗还原X7R陶瓷。利用缺陷化学理论,解释了各种添加剂对钛酸钡的作用机理。要发挥MgO受主掺杂的作用,同时要避免氧空位的增加。y3+和Dy3+作为两性离子掺杂,减少了氧空位,产生的施主和受主相互缔合,成为氧空位和电子迁移的障碍。MnO2在烧结和再氧化过程中的变价行为,提高了陶瓷的绝缘电阻。研究了两段法的烧结工艺,制备出符合X7R性能、晶粒尺寸为130nm的超细晶陶瓷。
研究了金属复合对材料介电性能的影响。当Ag含量接近渗流阈值16.7vol%时,材料的室温介电常数达到42100,满足X7R性能。但是谐振频率随Ag含量的增加而线性减小,耐压性能降低。当Ni含量接近渗流阈值37vol%时,室温介电常数提高了2.5倍,基本满足X7R性能要求。
利用sol-gel方法在BaTiO3表面包覆了一层厚度约为5nm的SiO2纳米膜,并研究了包覆SiO2的钛酸钡陶瓷的烧结行为。
成功地将空气烧结X7R材料实现了产业化。抗还原的温度稳定型陶瓷材料也成功地制备出介质层为5~7μm厚的MLCC样品。