温度稳定型钛酸钡基陶瓷的制备与研究

发布时间：2020-09-18 20:14

　　本文采用传统固相法和溶胶凝胶法,在钛酸钡(BaTiO_3)基介质陶瓷材料的基础上,掺杂纳米级和亚微米级掺杂剂,研制出在中温烧结、工作温区为-55℃~150℃的温度稳定型高介电常数钛酸钡基介质陶瓷材料。对于高温稳定型多层陶瓷电容器(MLCC)的微型化有重大的意义。采用传统固相法和溶胶凝胶法分别制备了Bi-Ti-Zn-B助烧剂,通过在原有的钛酸钡基X8R体系中添加亚微米级和纳米级Bi-Ti-Zn-B助烧剂,主要研究了纳米级助烧剂和混合助烧剂对钛酸钡基X8R体系的影响以及纳米级助烧剂和亚微米级助烧剂的协同作用,结果发现纳米级助烧剂和混合助烧剂都能有效的降低烧结温度并优化钛酸钡基介质陶瓷的介电性能。确定了纳米级和亚微米级Bi-Ti-Zn-B助烧剂的掺杂比为2:1时有最佳性能:在1150℃下制备出了高介电常数(ε_(20℃)=3460)、低损耗(tanδ=1.1%)的X8R钛酸钡基介质陶瓷材料。结合渗流理论,在钛酸钡基介质陶瓷的基础上掺杂单质银,形成导体-介质复合材料,复合材料的介电常数随着单质银的掺杂量先减少后增大。当单质银的掺杂量为2mol%时得到较低成本的最优性能:介电常数ε_(20℃)=4376,介电损耗tanδ1.5%,并且温度稳定性满足EIA-X7R的标准要求。通过溶胶凝胶法制备了纳米级巨介材料钛酸铜铋钠(Na_(0.5)Bi_(0.5)Cu_3Ti_4O_(12),NBCTO),并且在X8R型钛酸钡介质陶瓷体系上进行掺杂以期提高钛酸钡体系的介电常数,然而掺杂后的介电常数下降,温度稳定性恶化。针对这一现象,对巨介材料NBCTO进行复阻抗谱和导纳频谱等测试,发现NBCTO的巨介机理是由于内部阻挡层电容产生的界面极化导致的而不是由本征因素导致;并且NBCTO的分解温度很低,在钛酸钡的烧结温度下就发生了分解,分解产物扩散进入了钛酸钡晶粒,导致了钛酸钡晶粒中核-壳‖结构被破坏。因此,巨介材料NBCTO掺杂钛酸钡基介质陶瓷不仅导致了钛酸钡体系原有的温度稳定性下降,同时也会降低体系的介电常数。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM53;TQ174.7
【部分图文】：

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题背景及意义来，随着电子科学技术突飞猛进，人们的生活习惯已经发生了天翻智能手机和 4G 通信技术的普及，极大的拉近了人与人之间的距离备的研发，极大的便利了人们的生活；高性能计算机的出现，已经行科学工作过程中最重要的工具，而这一切都受益于电子设备中电化与集成化，作为电路中不可缺少的一类无源器件多层陶瓷电layer Ceramic Capacitor，简称 MLCC）除有电容器"隔直通交"的特性之比容大，寿命长，体积小，可靠性高，十分适宜表面装配等特[1~4 MLCC 集成度和可靠性的提高，其使用的领域越来越广，普遍地样的电子产品，比如智能手机、智能电视、个人电脑、以及单反相

生产工艺流程

图 1-2 MLCC 生产工艺流程图CC 出现并规模化生产后至今已经有 30 多年，MLCC 由于具有工作量大，损耗小，电容温度系数可在大范围内选择等优点而广泛用于在电子产业中的消耗量近年来迅速攀升，逐渐成为目前被动元器件的产品。目前为止，世界范围内主要 MLCC 的厂商有美国基美(KEishay）、约翰逊(Johanson)、Venkel、ATCeramics；日本京瓷、贵弥

市场占有率,概况,全球

图 1-3 2017 年全球 MLCC 市场占有率概况数据表明，作为世界范围内最重要的生产和消费电子产品的国家，中LCC 生产和消费大国，产销量已经在世界范围内位居前茅。2015 年，MLCC 的市场总量就早已超越 400 亿人民币。但中国历年 MLCC 于出口额，对外贸易逆差超过 190 亿人民币，甚至已经超越了 IC 产差。由此可见，现今的中国大陆已然变成了世界 MLCC 产业链中最场。开数据表明，自从 2005 年以来世界范围内的 1206/0805/0603/0402 等 MLCC 所占的市场份额逐年减少，与此相对的 01005（长 0.25mmm）等小至微型尺寸的 MLCC 的所占的市场份额则逐年持续增加，来看，小尺寸 MLCC 市场占有率在 2025 年有望突破 40%。由于小研发难度较高，导致目前世界范围内完全掌握 01005 型等小型 MLC艺的只有少数资金雄厚的大企业，而小型 MLCC 的价格现在高达 145，这一价格是 0402/0603 等大尺寸 MLCC 的十余倍，因此现在 MLC

【参考文献】