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钛酸锶钡基高压陶瓷电容器材料的研究

作　者: 吴思华
导　师: 王平
学　校: 江西理工大学
专　业: 材料学
关键词: 钛酸锶钡陶瓷电容器介电性能水热法
分类号: TM534.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

钛酸锶钡是钛酸钡与钛酸锶形成的固溶体,简称BST,它是一种优良的热敏材料、电容器材料和铁电压电材料,具有高介电常数、低介电损耗、居里温度随组成改变以及介电常数随电场的非线性变化等特点,在超大规模动态存储器、微波调谐器等领域具有广阔的应用前景,成为集成器件领域最广泛研究的材料之一。本文采用正交设计实验研究了各组分对钛酸锶钡基中高压陶瓷电容器介电性能的影响,得到了影响该系统陶瓷电容器介电性能的主次因素。各因素水平影响其性能的趋势:影响介电常数的主次因素的顺序为Bi₂O₃·3TiO₂、CaZrO3、Nb2O5、MgO;影响介质损耗的主次因素的顺序为MgO、CaZrO3、Bi₂O₃·3TiO₂、Nb2O5;影响耐压强度的主次因素的顺序为CaZrO3、MgO、Bi₂O₃·3TiO₂、Nb2O5,并得到了综合性能良好的瓷料配方。结果表明,在Ba_0.6Sr_0.4TiO₃中加入8% Bi₂O₃·3TiO₂、6% CaZrO3、0.6% Nb2O5和0.5% MgO时,其介电常数ε为3785、介质损耗tgδ为23×10-4、耐压强度Eb为11kv/mm;而在Ba_0.6Sr_0.4TiO₃中加入8% Bi₂O₃·3TiO₂、10% CaZrO3、0.2% Nb2O5和1% MgO时,其ε为3416、tgδ为30×10-4、Eb为13.5kv/mm。当Y2O3含量较小时,Y3+进入A位,会产生空位缺陷,使晶格强烈收缩,使系统的内应力增大,提高了介电常数。随着Y2O3含量的增加,Y3+进入B位取代Ti4+,可促使周围的Ti4+与O₂-牢固地结合起来,使Ti4+移动困难,从而引起试样介电常数下降。同时Y2O3具有细化晶粒的作用,可以使材料形成一种晶粒细小而均匀致密的多晶结构,提高其耐压强度。CuO对Ba_0.6Sr_0.4TiO₃体系的B位进行取代,Cu2+取代Ti4+属于受主掺杂,可以对施主的电价起补偿作用,抑制了Ti3+的形成。CuO是良好的助熔剂,适量的掺杂CuO可促进烧结过程中的液相传质,提高了致密度,使介质损耗略有降低,改善材料的耐压强度。采用水热法合成了Ba_0.6Sr_0.4TiO₃超细粉体,其粒径大小分布均匀,粒径在200nm至300nm之间。并用水热法合成的Ba_0.6Sr_0.4TiO₃粉体替换固相法合成的Ba_0.6Sr_0.4TiO₃粉体,按照正交实验得到的最佳配方掺入CaZrO3、Bi₂O₃·3TiO₂、Nb2O5、MgO改性物质,结果表明:水热法合成的Ba_0.6Sr_0.4TiO₃粉体经掺杂改性后,降低了烧结温度,晶粒尺寸变小。由于晶粒尺寸的效应,其介电性能要优于固相法合成的Ba_0.6Sr_0.4TiO₃粉体掺杂改性后的介电性能。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章文献综述  7-27
  1.1 引言  7
  1.2 陶瓷电容器材料的发展简史  7-8
  1.3 陶瓷电容器的分类及特性  8-14
    1.3.1 非铁电陶瓷电容器  8-10
    1.3.2 铁电陶瓷电容器  10
    1.3.3 反铁电陶瓷电容器  10-12
    1.3.4 半导体陶瓷电容器  12
    1.3.5 多层陶瓷电容器  12-14
  1.4 高压陶瓷电容器介质材料的结构与性能  14-25
    1.4.1 钙钛矿结构  14-15
    1.4.2 钙钛矿型结构与性能  15-16
    1.4.3 高压陶瓷电容器介质材料  16-19
    1.4.4 高压陶瓷电容器的制造工艺  19-21
    1.4.5 高压陶瓷电容器的击穿形式与机理  21-24
    1.4.6 高压陶瓷电容器的应用及发展趋势  24-25
  1.5 选题依据和研究内容  25-27
第二章实验部分  27-31
  2.1 实验原料及设备  27-28
  2.2 陶瓷材料的测试分析  28
    2.2.1 陶瓷材料的微观结构分析  28
    2.2.2 介电性能的测试  28
  2.3 样品制备  28-29
  2.4 实验工艺流程  29-30
  2.5 实验配方设计  30-31
第三章结果与讨论  31-48
  3.1 正交实验  31-39
    3.1.1 实验结果  31-34
    3.1.2 实验结果处理与分析  34-37
    3.1.3 讨论  37-39
  3.2 掺杂 Y_2O_3 和 CUO 对钛酸锶钡基陶瓷介电性能的影响  39-46
    3.2.1 Y_2O_3对钛酸锶钡基陶瓷介电性能的影响  39-42
    3.2.2 CuO 对钛酸锶钡基陶瓷介电性能的影响  42-46
  3.3 本章小结  46-48
第四章水热法合成钛酸锶钡粉体及掺杂改性的研究  48-57
  4.1 水热法简介  48-51
    4.1.1 水热反应的基本类型  48-49
    4.1.2 水热反应动力学及晶体生长机理  49-50
    4.1.3 水热法制备粉体的特点  50
    4.1.4 水热法合成粉体的影响因素  50-51
  4.2 实验部分  51-52
    4.2.1 实验所用试剂及设备  51
    4.2.2 性能测试  51
    4.2.3 样品制备  51-52
  4.3 结果与讨论  52-54
    4.3.1 反应温度对钛酸锶钡粉体晶体结构的影响  52-54
    4.3.2 保温时间对钛酸锶钡粉体粒径的影响  54
  4.4 水热合成钛酸锶钡粉体掺杂改性的研究  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章结论  57-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
在学期间发表的学术论文与研究成果  62-63

钛酸锶钡基高压陶瓷电容器材料的研究

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