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高介电常数低变化率（Ba_xSr_（1-x））TiO_3系电容器陶瓷的研究

作　者: 赵晨
导　师: 黄新友
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: 钛酸锶钡电容器陶瓷介电性能容温特性
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文对近年来钛酸锶钡制备技术进行了全面综述。研究了稀土氧化物（Dy₂O₃、CeO₂、La₂O₃、Y₂O₃和Vb₂O₃等）以及MgO、Bi₄Ti₃O₁₂和Bi₂Sn₂O₇等组分对钛酸锶钡电容器陶瓷介电性能和结构的影响，得到了致密度高、气孔率小，晶粒细小均匀且耐压强度较高符合X7R特性的电容器陶瓷。并且研究了制备工艺参数的影响，利用扫描电镜（SEM），X射线衍射分析（XRD）等检测方法对材料的物相组成、显微结构等进行了研究。以此为依据探讨了掺杂物改性的作用机理。本研究主要结果如下：在钛酸锶钡基陶瓷中微量掺杂稀土氧化物Dy₂O₃和Y₂O₃可以抑制晶粒生长，产生细晶效应，使得居里峰在整个工作温区内弥散展宽，获得较高的介电常数和良好的容量温度特性，并可以大幅度提高钛酸钡基陶瓷的耐压强度。1250℃烧结含0.6wt％Y₂O₃的钛酸锶钡陶瓷，其ε≥4000，在-25～80℃范围内，ΔC／C≤20％，击穿场强E≥6kV／mm。CeO₂和La₂O₃掺杂的结果表明这两种稀土元素对钛酸锶钡陶瓷的晶粒生长有一定的抑制作用。CeO₂的掺杂量在0.9％，La₂O₃的掺杂量在0.45％（质量分数）左右对钛酸锶钡陶瓷陶瓷的介电性能有很好的改善作用。但是镧离子和铈离子在陶瓷中的离子取代情况有所不同。因而，改善性能的作用不同。CeO₂掺杂的陶瓷性能优于La₂O₃掺杂的陶瓷。1250℃烧结含0.9wt％CeO₂的钛酸锶钡陶瓷，其ε≤3000，在-25～80℃范围内，ΔC／C≤35％，击穿场强E≥4kV／mm。Yb₂O₃的加入没有改变BST陶瓷的晶体结构。随着保温时间的增加，陶瓷的介电常数增大。1250℃烧结含1.2wt％Yb₂O₃的钛酸锶钡陶瓷，其ε≥10000，击穿场强E≥7kV／mm。MgO掺杂后的样品的介电峰被压抑和展宽，表现出扩散相变。从XRD谱图可知，MgO样品仍为单一的钙钛矿结构。1250℃烧结含0.2wt％MgO的钛酸锶钡陶瓷，其ε≥4500，在-25～80℃范围内，ΔC／C≤25％，击穿场强E≥6.5kV／mm。研究表明，Bi₄Ti₃O₁₂、Bi₂Sn₂O₇两种掺杂物包裹晶粒和填充晶粒间，构成瓷体的复杂非均匀结构。这两种异相对（Ba，Sr）TiO₃铁电相有制约作用，使B位阳离子所处的势阱深度变浅，在宽广的温度范围内极化易被电场所定向，表现为ε-T特性曲线较平坦。1150℃烧结含30wt％Bi₂Sn₂O₇的钛酸锶钡陶瓷，其ε≥1500，在-55～125℃范围内，ΔC／C≤15％。研究了Ba／Sr比对BST陶瓷性能的影响。研究表明：钡锶比对陶瓷的介电性能的改善是至关重要的。通过研究配方和工艺，得到了高介电常数、低容温变化率的高压电容器瓷料。其主要性能指标为：烧结温度为1250℃，ε≥3500，tgδ≤0.01，在-25～80℃范围内，ΔC／C≤15％，试样击穿强度E≥5.5kV／mm。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-30
  1.1 引言  12
  1.2 钙钛矿型钛酸锶钡材料的铁电性  12-16
    1.2.1 铁电体和铁电畴  12-13
    1.2.2 钙钛矿材料的晶体结构  13-14
    1.2.3 钙钛矿型铁电体的极化机理  14-16
  1.3 陶瓷的制备方法  16-21
    1.3.1 固相法  16-17
    1.3.2 溶胶-凝胶法  17-18
    1.3.3 化学共沉淀法  18-19
    1.3.4 水热合成法  19
    1.3.5 脉冲激光沉积法  19-20
    1.3.6 金属有机化学气相沉积法  20-21
    1.3.7 其他制备方法  21
  1.4 BST材料的掺杂改性研究进展  21-24
    1.4.1 B_2O_3在BST中的应用  21
    1.4.2 Bi_2O_3在BST中的应用  21-22
    1.4.3 Zr~(4+)在BST中的应用  22-23
    1.4.4 Nb和Sb在BST中的应用  23-24
    1.4.5 SiO_2在BST中的应用  24
    1.4.6 Mn、W在BST中的应用  24
  1.5 BST材料在MLCC中的应用  24-28
    1.5.1 MLCC发展概况  24-25
    1.5.2 MLCC应用  25
    1.5.3 我国MLCC市场情况  25-26
    1.5.4 MLCC产品技术发展动向  26-28
  1.6 本课题研究意义、目的与内容  28-30
第二章实验仪器、过程与工艺参数选择  30-35
  2.1 实验原料  30
  2.2 实验工艺流程  30-32
    2.2.1 陶瓷制备工艺  30-31
    2.2.2 烧结温度的确定  31-32
    2.2.3 成型剂的选择  32
    2.2.4 电极的选择  32
  2.3 物相与组织结构分析  32-33
    2.3.1 差热—热重分析(DSC-TG)  32-33
    2.3.2 X射线衍射分析(XRD)  33
    2.3.3 扫描电镜分析  33
  2.4 性能测试  33-34
  2.5 实验设备与仪器  34-35
第三章稀土氧化物掺杂对BST陶瓷性能的影响  35-53
  3.1 Dy_2O_3掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  35-39
    3.1.1 Dy_2O_3掺杂对陶瓷介电性能的影响  35-37
    3.1.2 Dy_2O_3掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  37-38
    3.1.3 小结  38-39
  3.2 CeO_2掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  39-42
    3.2.1 CeO_2掺杂对陶瓷介电性能的影响  39-40
    3.2.2 CeO_2掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  40-41
    3.2.3 实验结果讨论  41-42
    3.2.4 小结  42
  3.3 La_2O_3掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  42-46
    3.3.1 La_2O_3掺杂对陶瓷介电性能的影响  42-44
    3.3.2 La_2O_3掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  44-45
    3.3.3 实验结果讨论  45-46
    3.3.4 小结  46
  3.4 Y_2O_3掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  46-49
    3.4.1 Y_2O_3掺杂对陶瓷介电性能的影响  46-47
    3.4.2 Y_2O_3掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  47-48
    3.4.3 实验结果讨论  48-49
    3.4.4 小结  49
  3.5 Yb_2O_3掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  49-53
    3.5.1 Yb_2O_3掺杂对陶瓷介电性能的影响  49-51
    3.5.2 Yb_2O_3掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  51-52
    3.5.3 保温时间对陶瓷介电性能的影响  52
    3.5.4 保温时间对陶瓷结构的影响  52-53
第四章非稀土掺杂对BST陶瓷性能的影响  53-68
  4.1 MgO掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  53-58
    4.1.1 MgO掺杂对陶瓷介电性能的影响  53-54
    4.1.2 MgO掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  54-57
    4.1.3 小结  57-58
  4.2 Bi_4Ti_3O_(12)掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  58-62
    4.2.1 Bi_4Ti_3O_(12)制备工艺  58
    4.2.2 Bi_4Ti_3O_(12)掺杂对陶瓷介电性能的影响  58-60
    4.2.3 Bi_4Ti_3O_(12)掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  60-61
    4.2.4 实验结果与讨论  61-62
  4.3 Bi_2Sn_2O_7掺杂对BST陶瓷性能与结构的影响  62-65
    4.3.1 Bi_2Sn_2O_7制备工艺  62
    4.3.2 Bi_2Sn_2O_7掺杂对陶瓷介电性能的影响  62-63
    4.3.3 Bi_2Sn_2O_7掺杂对陶瓷结构和形貌的影响  63-64
    4.3.4 实验结果与讨论  64-65
    4.3.5 小结  65
  4.4 Ba/Sr对BST陶瓷性能与结构的影响  65-68
    4.4.1 粉体的差热分析  65-66
    4.4.2 粉体的XRD分析  66-67
    4.4.3 Ba/Sr对陶瓷介电性能的影响  67-68
第五章结束语  68-70
参考文献  70-75
致谢  75-76
读研期间发表的论文  76

高介电常数低变化率（Ba_xSr_（1-x））TiO_3系电容器陶瓷的研究

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