亚微米BaTiO3 X7R MLC细晶陶瓷介质材料的介电性能研究

摘要：

基于晶体化学、材料物理化学、电介质物理等基础理论,运用XRD、TEM、EDX、SEM等现代微观分析手段,对亚微米钛酸钡超细粉料制备技术以及高介高性能X7R MLC瓷料和高压高性能X7R MLC瓷料的介电性能进行了研究.(1)全面分析了BaTiO3的细晶高介机理,即具有亚微米微观结构的钛酸钡陶瓷,晶粒大小均匀并保持在1μm以下,抑制了晶粒中90(畴的出现几率,晶粒内部处于高应力状态下,从而使居里点以下各温度点的介电常数上升,这种现象称为细晶效应,对于改善钛酸钡的电容量温度特性有重要的作用.当BaTiO3的晶粒尺寸为0.7～1 μm时,介电常数具有最大值.(2)采用共沉淀法、水热合成法可制得性能优良的BaTiO3超细粉体,平均粒径小于0.8 μm,粒径分布范围窄,且不含硬团聚体,有利于制备介电性能优良的高介MLC瓷料.通过XRD分析,研究了不同热处理温度对共沉淀BaTiO3的晶格结构以及介电性能的影响,制备以四方相为主的BaTiO3粉料,提高系统的介电常数.(3)在高介X7R MLC瓷料系统中,选用亚微米级的共沉淀BaTiO3为基料,添加晶粒抑制剂Nb2O5、居里峰展宽剂MgO以及多种稀土氧化物,获得了细晶致密的微观结构和高介电常数及其它优良的介电性能.通过TEM、EDAX分析证实了Nb2O5在BaTiO3晶粒中的扩散速率很低,因此形成了独特的壳–芯结构,系统的介电性能是由铁电相BaTiO3晶芯和顺电相的掺Nb5+的BaTiO3晶壳共同决定.电容量随温度的变化曲线出现双峰现象,改善了电容量温度特性.MgO的添加改善了负温区的电容量变化率,与Nb2O5协同作用加强了晶粒中壳的作用,增大了系统的内应力,从而提高了介电常数,使整个温区的电容量变化率变得平坦.稀土氧化物对钛酸钡基陶瓷的化学改性分为两种情况,即产生化学非均匀性的壳–芯结构系统和化学均匀性系统.掺杂呈现化学均匀性的稀土添加物有La2O3、Sm2O3和Nd2O3.La2O3可以改善高温区的电容量变化率,电容量随温度变化的曲线呈现单一的峰值.Sm2O3抑制居里峰的作用较强,可以将居里峰值大幅度移向低温.Nd2O3对BaTiO3的改性作用强于前两种添加物,随着添加量的增加,整个低温段(低于20℃)的介电常数温度曲线变得平坦,基峰的强度提高.化学非均匀性的稀土添加物有Pr6O11、Gd2O3,其中Gd2O3的添加改性使系统获得了理想的介电性能,与其它离子的协同改性使系统成为具有高介高性能X7R介质瓷料.研制成功的高介细晶X7R瓷料的相对介电常数大于4 700,为制备高比容、超薄介质层的MLC奠定了基础.(4)在X7R特性的高压MLC瓷料系统中,仍以亚微米级的共沉淀BaTiO3为基料,分别添加微量的CaZrO3、ZnO、SrCO3、MgO和稀土氧化物(Ho2O3、Er2O3或Y2O3).Ho2O3、Er2O3或Y2O3具有较小的离子半径,掺杂后可使BaTiO3系统的电滞回线明显变窄,剩余极化降低,从而使极化随电场变化时产生的能量损耗减小,同时能够增加系统的绝缘电阻率,增强BaTiO3在高场强下工作的可靠性,有效地提高耐压强度.MgO、CaZrO3对BaTiO3的居里峰展宽作用显著,εr峰值降低,εr温度特性平坦;ZnO熔点较低,微量掺杂时,聚集在晶界处,促进了烧结,并抑制晶粒的生长,形成致密瓷体,提高了系统的耐压强度.研制成功的高压细晶X7R瓷料击穿场强高于14 MV/m,介电性能指标优于国外同类产品.

关键词：亚微米、热处理、壳—芯结构、稀土氧化物、高介X7R MLC、高压X7R MLC

所属期刊栏目：22

分类号：TB3(工程材料学)

在线出版日期：2003-08-29（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：52-53