温度稳定型钛酸钡基陶瓷的制备与研究

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1、温度稳定型钛酸钡基陶瓷的制备与研究PreparationandCharacterizationofBariumTitanateBasedCeramicswithTemperatureStability学科专业：微电子学与固体电子学研究生：李江腾指导教师：李玲霞教授天津大学微电子学院二零一七年十一月摘要本文采用传统固相法和溶胶凝胶法，在钛酸钡（BaTiO3）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oo-55C~150C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

2、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oBi-Ti-Zn-B助烧剂的掺杂比为2:1时有最佳性能：在1150C下制备出了高介电常数（ε20℃=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

3、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ε20℃=4376，介电损耗tanδ<1.5%，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（Na0.5Bi0.5Cu3Ti4O12，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

4、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。关键词：钛酸钡，X8R，中温烧结，高介电常数，溶胶凝胶法IABSTRACTThisdissertationusesthetraditionalsolidphasemethodandsol-gelmethodtopreparenanosizedandsubmicrondopantdopedbariumtitanate(BaTiO3)baseddielectricc

5、eramicmaterial,atemperaturestable,highpermittivityX8Rbariumtitanatebaseddielectricceramicmaterialssinteredinmediumtemperatureisobtained.Whichmeansgreatsignificancefortheminiaturizationofhightemperaturestabilizedmultilayerceramiccapacitors(MLCC).Usingthetraditionalsolidphasemethodandsol-gelmeth

6、odrespectivelyforBi-Ti-Zn-BsinteringagentpreparedbyaddingsubmicronandnanoBi-Ti-Zn-BintheoriginalX8Rsysteminbariumtitanatebasedsinteringagent,mainlystudiedtheeffectofnanoassistedsinteringagentandmixedsinteringagentofbariumtitanatenanoX8Rsystemandhelpsinteringagentandsubmicronhelpsynergisticeffe

7、ctofthesinteringagent,thenanometeradditivesandmixedsinteringagentcaneffectivelyreducethesinteringtemperatureandoptimizationofbariumtitanatebaseddielectricceramicdielectricproperties.ThenanometerandsubmicronBi-Ti-Zn-Bsinteringaidothedopi