Sol-gel法制备Y5V型钛酸钡基纳米粉体及其陶瓷的研究

发布时间：2018-03-22 09:34

本文选题：钛酸钡　切入点：Sol-gel法　出处：《西北大学》2010年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】： 钛酸钡是一种重要的优质电子材料,其用途广泛。主要用作多层陶瓷电容器(MLCC)的基质材料。其中Y5V型MLCC介电性能高、温度稳定性好,因而市场需求较大。钛酸钡基MLCC具有体积小、比容大、可靠性高等优点,能满足电子线路小型化、集成化的要求。为了满足MLCC体积小、比容大的发展要求,就必须使粉体材料达到纳米级,然而制备Y5V瓷粉大多采用传统氧化物固相法,需经多步球磨预烧,不仅工艺复杂,容易混入杂质,并且粉体颗粒较大。由于钛酸钡纳米粉体的形貌及性能与制备技术息息相关,因此其制备方法以及掺杂改性一直是研究的热点。而Sol-gel法具有化学成分均匀性好、纯度高、颗粒细、反应温度低等诸多优点而被广泛使用。本文以Sol-gel法制备掺杂钛酸钡基纳米粉体及陶瓷,研究掺杂元素Ce、Zr、Nb、Zn的用量以及Ti/Ba比值和制备工艺对粉体及陶瓷相组成、微观形貌以及介电性能的影响,并以Sol-gel法一步合成性能较好、满足美国电子工业协会(EIA)Y5V标准的钛酸钡基纳米粉体及陶瓷,为MLCC小型化、大容量化奠定基础。主要研究内容如下： 1、设计五水平四因素的[L16(45)]正交表,采用Sol-gel法制备多组分掺杂钛酸钡基纳米粉体及陶瓷,系统研究Ti/Ba比值、Zr含量、Nb掺杂量、Ce掺杂量以及Zn掺杂量五种水平对实验配方介电性能的影响,研究结果表明：影响介电常数的各水平的顺序依次为Ti/Ba ZrNbCeZn。由正交实验结果得到介电常数最大的最佳配方为：A3B1C2D2E2。体系的介电常数最大值与陶瓷样品的晶粒尺寸大小成正比。各因素对介电性能的影响规律为：①随着Ti/Ba比值的增大,BCSTZS基陶瓷的介电常数先增大后减小；②随着掺Ce量的增大,介电常数减小；③随着Zr含量的增大,介电常数先增大后减小；④随着掺Nb量的增大,介电常数先增大后减小；⑤随着Zn含量的增大,介电常数呈增大的趋势。 2、采用Sol-gel法制备了Ce掺杂(Ba0.87Sr0.04Ca0.09)(Zr0.04Sn0.06Ti0.89)O3(BSCTZS)基纳米粉体及陶瓷,研究了粉体煅烧温度以及Ce掺杂量对BSCTZS基粉体及陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响。研究表明：当BSCTZS基干凝胶的煅烧温度达到600。C时,煅烧后粉体开始出现立方钙钛矿SrZrO3相,当煅烧温度达到800℃时,煅烧后粉体完全由立方BaTiO3相组成。掺Ce可以提高BSCTZS基陶瓷的介电常数,随Ce掺杂量的增大,BSCTZS陶瓷的居里峰移向低温,居里峰展宽,容温变化率减小,室温介电常数先增大后减小。当掺Ce量为0.01mol%时,陶瓷最大介电常数值为18000,当掺Ce量为0.15mol%时,陶瓷的室温介电常数值为7500,满足EIA-Y5V标准。 3、采用Sol-gel法制备了Zr含量不同的(Ba0.87Sr0.04Ca0.09)(Ti0.96-xZrxSn0.06)O3(BSCTZS)基纳米粉体及陶瓷,研究了Zr含量对BSCTZS基粉体及陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响。结果表明：BSCTZS基粉体与陶瓷由单一立方BaTiO3相组成。随Zr含量的增大,BSCTZS基陶瓷的居里峰移向低温,居里峰展宽,容温变化率减小,室温介电常数先增大后减小。当Zr含量为8.0 mol%时,BSCTZS基陶瓷的居里峰移至20℃,同时材料的室温介电常数得到明显提高,达到13200以上,并且容温变化率满足Y5V标准。 4、采用Sol-gel法制备了一系列Nb掺杂量不同的(Ba0.87Sr0.04Ca0.09)(Ti0.86Zr0.08Sn0.06)O3·Ce0.0001·W0.0004·Nby(BSCTZS)基纳米粉体及陶瓷,研究了Nb掺杂量对BSCTZS基粉体及陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响,同时研究了煅烧温度以及烧结温度对陶瓷介电性能的影响。研究表明：Nb掺杂使BSCTZS体系的居里峰移向低温,介电常数先增大后减小。当Nb掺杂量为0.38mol%时陶瓷的介电常数得到进一步提高,室温介电常数为16200并且满足Y5V标准的陶瓷材料。随着BSCTZS基粉体煅烧温度的升高,陶瓷的介电常数先增大后减小,居里温度移向室温,当粉体煅烧温度为900℃,陶瓷具有最高室温介电常数。BSCTZS基陶瓷的介电常数随烧结温度的升高而增大,当陶瓷的烧结温度为1350℃,陶瓷具有最高室温介电常数。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ174.1

【引证文献】