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中温烧结X9R陶瓷材料研究

作　者: 王新儒
导　师: 吴顺华
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: BaTiO3 粒度 介电性能 居里峰 X9R
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着电子信息终端设备在高温极端环境下的应用,能适应于高温条件下工作的MLCC成为迫切需要。BaTiO3是一种性能优良的陶瓷介电材料,宽温型BaTiO3基介质陶瓷电容器是当前陶瓷电容的研究方向之一。钛酸钡是一种重要的铁电相晶体材料,但纯BaTiO3在130℃附近存在着介电常数异常的居里峰,使得介电性能急剧恶化,制约着其在高温介质陶瓷中的应用。通过适当的掺杂及控制工艺条件可以获得介电性能优良的BaTiO3基介电材料,本文重点讨论了掺杂介质粉体初始粒度及烧结制度对BaTiO3基陶瓷介电性能的影响。根据所制备的介质陶瓷样片的T-C曲线及SEM形貌图,深入分析了粉体粒度和烧结制度对BaTiO3基介质陶瓷介电性能的影响,并制备出了符合EIA X9R标准的介质陶瓷。介质粉体的初始粒度对介质陶瓷的介电性能有着重要影响,论文中通过采用不同粒径的球磨介质和球磨不同的时间,制备出了不同粒度的初始粉体。实验表明,初始粉体粒度对系统最终的介电性能有着重要影响。当粉体粒度减小,将具有更大的比表面积,表面原子数急剧增多,这些表面原子由于原子配位不足和高表面能而具有高活性。在同样的烧结温度下,粉体粒度更小和比表面积更大,能更有效地抑制BaTiO3晶粒生长并产生细晶效应。掺杂元素对BaTiO3颗粒进行均匀的包裹形成更多的壳-芯晶粒,即铁电相BaTiO3晶核的比例减小,而顺电相晶壳的体积比增大,使得居里峰压平展宽,介电常数变化率趋于平缓,提高掺杂BaTiO3陶瓷的介电-温度性能。同时,BaTiO3粒度的减小导致晶粒中壳/芯体积比增大,壳芯之间失配产生的内应力随之增加,BaTiO3陶瓷由四方相转变为赝立方相,使居里点Tc提高。烧结制度对电子陶瓷的物理和电学特性有着重要的影响,烧结温度对晶粒的生长、空洞的密度、杂质离子的扩散分布、晶相的组成等有着重要的作用,并对介质陶瓷最终的介电性能产生重要影响。通过控制烧结温度和保温时间,文中制备了符合EIA X9R标准的介质陶瓷,主要性能指标:室温介电常数ε25oC>1820,tanδ≈1.6%,在-55℃～200℃最大介电常数变化率不超过±15%。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 功能陶瓷材料  8
  1.2 片式多层陶瓷电容器  8-15
    1.2.1 片式多层陶瓷电容器简介  8-10
    1.2.2 MLCC的发展趋势  10-13
    1.2.3 高介电常数MLCC分类  13-15
  1.3 课题研究的内容及其当下的发展趋势  15-18
    1.3.1 国内外的发展趋势  15-17
    1.3.2 选题内容  17-18
第二章 BaTi0_3的微观结构与改性机理  18-27
  2.1 BaTi0_3的微观结构  18-20
    2.1.1 BaTi0_3的晶体结构  18-19
    2.1.2 钛酸钡晶体的铁电畴  19-20
  2.2 BaTi0_3陶瓷的介电性能  20-21
  2.3 钛酸钡的核-壳结构  21-22
  2.4 钛酸钡陶瓷的改性机理  22-27
    2.4.1 细晶理论  22-23
    2.4.2 相变扩散效应  23-24
    2.4.3 展宽效应  24-26
    2.4.4 离子掺杂改性效应  26
    2.4.5 居里峰的移动效应  26-27
第三章 介质陶瓷材料的工艺流程及测试  27-31
  3.1 介质陶瓷试验工艺过程  27-28
  3.2 本实验的工艺流程  28-29
  3.3 性能测试与分析  29-31
    3.3.1 测试和分析仪器  29
    3.3.2 样品参数的测定及计算  29-30
    3.3.3 介质陶瓷的微观分析  30-31
第四章 粒度对BaTiO_3基陶瓷介电性能的影响  31-45
  4.1 磨球粒径对BaTiO_3基介质陶瓷介电性能的影响  31-34
  4.2 粉料初始粒度对系统介电性能的影响  34-41
    4.2.1 磨球粒径和球磨时间对粉体粒度的影响  34-36
    4.2.2 粉体粒度对系统介电-温度特性的影响  36-40
    4.2.3 粉体粒度对系统居里温度的影响  40-41
    4.2.4 粉体粒度与系统介电性能的关系总结  41
  4.3 不同粒度的粉料混合后的介电性能  41-43
  4.4 合成BaTiO_3对系统介电性能的影响  43-45
第五章 烧结温度对BaTiO_3基陶瓷介电性能的影响  45-52
  5.1 烧结温度对系统介电性能的影响  45-48
  5.2 保温时间对BaTiO_3基陶瓷系统介电性能的影响  48-50
  5.3 X9R型介质陶瓷的制备  50-52
第六章 结论  52-53
参考文献  53-56
发表论文和参加科研情况说明  56-57
致谢  57

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
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