高精度高比容独石电容器用瓷料研究及其介电常数的计算

摘要：

首先利用蒙特卡罗有限元法在分析陶瓷材料内电场分布的基础上，对微粒混合陶瓷材料的介电常数与各成分含量及其介电常数之间的关系进行了探讨。研究表明，由于介质极化的原因，在陶瓷材料内部，等势线的分布将主要集中于低介电常数成分所占的区域，并且，微粒混合陶瓷材料各成分的含量及其介电常数都会对陶瓷材料内电场的分布产生重要影响，并使陶瓷材料的宏观介电常数发生变化。当陶瓷材料中含有与其他成分介电常数差别相当大的成分时，利用蒙特卡罗有限元法可获得较其他传统方法更为准确的结果。
系统地研究了钡钛钕系统陶瓷的介电性能。研究结果表明，BaTiO3中掺入极少量的Nd2O3（例如摩尔分数x为0.1%）时，材料呈半导性，电阻率呈明显的PTCR效应。BaTiO3中掺入少量的Nd2O3（x≥0.2%）时，材料呈绝缘性，且随着Nd2O3掺入量的增加，材料的平均晶粒尺寸不断减小，居里峰向负温方向移动，居里峰不断降低。BaTiO3中掺入少量Nd2O3.2TiO2时，随着掺入量的增加，居里峰向负温方向移动，晶粒尺寸不断增大；BaTiO3中掺入较多的Nd2O3.2TiO2时，随着掺入量的增加，介电常数不断减小，介电常数的温度特性曲线的非线性程度不断减小，并且，当BaTiO3与Nd2O3.2TiO2的摩尔比相同时，材料的主晶相由BaTiO3转变为BaNd2Ti3O10。在钡钛钕系统中，随着BaO、Nd2O3、TiO2三种成分配比的不同，在材料中可能生成BaNd2Ti5O14、BaTiO3、Nd2Ti2O7、游离的TiO2、BaTi4O9、Ba2Ti9O20等成分，并使材料呈现不同的介电性能。在BaO.Nd2O3.5TiO2附近可实现较为理想的介电性能，这时陶瓷材料的主晶相为BaNd2Ti5O14。在钡钛钕系统中加入PbO和Bi2O3构成钡钛钕铅铋五元陶瓷系统，PbO及Bi2O3的添加均可导致材料介电常数的增大，温度系数一般向正值方向移动。
在钡钛钕铅铋五元陶瓷系统中添加SrO.TiO2熔块，可使材料的介电常数增大，温度系数向负值方向移动；添加2Bi2O3.3TiO2熔块，可使材料的介电常数增大，温度系数向正值方向移动；添加玻璃成分，可使材料的烧结温度降低，介电常数减小，温度系数向负值方向移动。在同时添加有SrO.TiO2熔块、2Bi2O3.3.iO2熔块和玻璃等成分的钡钛钕铅铋五元陶瓷基料中，再添加微量的Al2O3，可降低材料的介电损耗。
通过合成钡钛钕铅铋五元系统的陶瓷基料，并适量加入SrO.TiO2熔块、2Bi2O3.3TiO2熔块、玻璃及微量的Al2O3，成功地研制出了具有优良介电性能的高精度高比容中温烧结独石电容器用瓷料，其介电性能为：
介电常数εr：99.10
温度系数αε：-13×10－6℃－1
介电损耗tgδ：2.6×10-4
电阻率ρv：≥1013 Ω.cm
击穿场强Eb：＞10 MV／m
用此种瓷料制备而成的MLC的介电性能为：
电容量C：≥250 nF
温度系数αC：-(90～80)×10－6℃－1
介电损耗tgδ：(10～12)×10-4
绝缘电阻Ri：≥1012 Ω
击穿电压：＞3倍工作电压
烧结温度：1 150℃
与Ag(70)-Pd(30)内电极匹配良好。
利用蒙特卡罗有限元法对高精度、高比容独石电容器用瓷料的介电常数进行了计算。结果表明，利用蒙特卡罗有限元法计算的结果比传统的李赫德涅凯对数混合定则的计算结果要更接近于实际的测量值，证明此种方法在计算微粒混合陶瓷材料的介电常数方面是可行并且十分有效的。

关键词：蒙特卡罗有限元法、微粒混合陶瓷材料、高精度、高比容瓷料

所属期刊栏目：20

分类号：TB3(工程材料学)

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共2页

页码：36-37