论文总字数：24441字

摘 要

随着市场对于陶瓷电容器的需求不断增加，推动了多层陶瓷电容器(MLCC)技术的发展。为降低生产成本，多层陶瓷电容器已向内电极贱金属化方向发展。新型BaTiO₃基抗还原介电陶瓷，可以与贱金属Ni(或Cu)共烧，降低了产品价格，促进了MLCC的市场消费。

本文阐述了BaTiO₃的抗还原机理和核壳结构的形成过程，介绍了样品的制备方法和表征方式。研究了金属离子在陶瓷基体中的扩散行为对BaTiO₃基陶瓷核壳结构及其介电性能的影响，以及气氛对BaTiO₃基陶瓷介电性能的影响。

研究结果表明：在(1-x)BaTiO₃-xBi(Zn_2/3Nb_1/3)O₃(简称(1-x)BT-xBZN)、(1-x)BaTiO₃-xBi(Zn_0.5Y_0.5)O_2.75(简称(1-x)BT-xBZY)、锆钛酸钡(BZT)三个陶瓷体系中，加入BZN可改善陶瓷介电温度稳定性，掺杂量为0.15时介温曲线波动最小。加入BZY能提高钛酸钡陶瓷的抗还原性，当x=0.15时，ε_25℃=1362，tanδ=1.4%。在BZT中，少量掺杂Zr⁴ 时介电温度稳定性较好，介电损耗随Zr⁴ 含量的增加先减小后增大。烧结气氛是通过影响掺杂离子的固溶度来影响陶瓷性能。

关键词：BaTiO₃基陶瓷；还原气氛；核壳结构；介电性能

Abstract

With the increasing demand for ceramic capacitors in the market, the development of multilayer ceramic capacitors(MLCC) technology has been promoted. In order to reduce production costs, multilayer ceramic capacitors have developed toward base metalization of internal electrodes. The new BaTiO₃-based anti-reduction dielectric ceramics can be co-fired with the base metal Ni (or Cu), which reduces the product price and promotes the market consumption of MLCC.

This paper describes the anti-reduction mechanism of BaTiO₃ and the formation process of the core-shell structure, and introduces the sample preparation method and characterization method. The influence of the diffusion behavior of metal ions in the ceramic matrix on the BaTiO₃-based ceramic core-shell structure and its dielectric properties, as well as the influence of the atmosphere on the dielectric properties of the BaTiO₃-based ceramic were studied.

The research results show that: (1-x)BaTiO₃-xBi(Zn_2/3Nb_1/3)O₃((1-x)BT-xBZN), xBi(Zn_0.5Y_0.5)O_2.75-(1-x)BaTiO₃((1-x)BT-xBZY) and barium zirconate titanate (BZT) in three ceramic systems, the addition of BZN can improve the dielectric temperature stability of ceramics. When the doping amount is 0.15, the fluctuation of the dielectric temperature curve is minimal. Adding BZY can improve the reduction resistance of barium titanate ceramics. When x=0.15, ε_25℃=1362 and tanδ=1.4%. In BZT, when a small amount of Zr⁴ is doped, the dielectric temperature stability is good, and the dielectric loss decreases first and then increases with the increase of Zr⁴ content. The sintering atmosphere affects the ceramic properties by affecting the solid solubility of doped ions.

Key Words： BaTiO₃-based ceramics；Reducing atmosphere；Core-shell structure；

Dielectric properties

目 录

第1章 绪论 1

1.1 多层陶瓷电容器的概况 1

1.1.1 多层陶瓷电容器的结构和技术现状 1

1.1.2 多层陶瓷电容器的生产工艺流程 3

1.1.3 多层陶瓷电容器的发展趋势 3

1.2 BaTiO₃基陶瓷抗还原机理、研究背景及现状 3

1.2.1 BaTiO₃介电陶瓷的抗还原机理 3

1.2.2 BaTiO₃介电陶瓷的研究背景及现状 4

1.3 选题依据和研究内容 5

1.3.1 选题依据 5

1.3.2 研究内容 5

第2章 BaTiO₃基陶瓷的结构、表征方法及制备方法 6

2.1 BaTiO₃的晶体结构、性质与应用 6

2.2 样品的表征方法 6

2.2.1 X射线衍射分析 7

2.2.2 表面形貌分析 7

2.2.3 热重-差热分析 7

2.2.4 介电性能及绝缘性能测试 7

2.3 BaTiO₃基陶瓷的制备方法 8

2.3.1 固相法 8

2.3.2 sol-gel法 9

2.3.3 水热法 9

2.3.4 沉淀法 9

第3章 BaTiO₃陶瓷的核壳结构 10

3.1 BaTiO₃的核壳结构 10

3.2 BaTiO₃陶瓷核壳结构的影响因素 11

3.2.1 掺杂离子种类 11

3.2.2 其他因素 11

3.3 具有核壳结构BaTiO₃陶瓷的介电性能 12

第4章 抗还原BaTiO₃基陶瓷的介电性能 14

4.1 BaTiO₃的掺杂改性 14

4.2 氧化物的选择 15

4.3 不同氧化物掺杂对BaTiO₃基陶瓷介电性能的影响 15

4.4 烧结气氛对BaTiO₃基陶瓷介电性能的影响 21

第5章 结论与展望 24

5.1 结论 24

5.2 展望 24

参考文献 25

附 录 27

附录A本文所用原材料费用一览表 27

附录B本文测试及分析费用一览表 27

致 谢 28

第1章 绪论

近些年来，随着电子技术的迅速发展，国内外市场对各种先进电子器件的需求量越来越大。陶瓷电容器作为无源器件中必不可少的一部分，占总市场的比重超过40%，能够存储电能，具有比容量大、损耗小、稳定性好等特点^[1]，使得研究者们加大了对各种陶瓷电容器的研究。

1.1 多层陶瓷电容器的概况

1.1.1 多层陶瓷电容器的结构和技术现状

多层陶瓷电容器(Multilayer ceramic capacitor 简称 MLCC)是应用领域最广、更新换代最快的电子器件之一。MLCC是以错位的方式将内电极的陶瓷介质膜片进行叠合，通过在较高的温度下煅烧为陶瓷芯片，然后在芯片的端部镀一层金属即可制得。多层陶瓷电容器与传统的电容器相比，具有高频稳定性好、容量大、绝缘电阻高、无极性等优点，使得MLCC应运而生并成为了电子电容器的主流^[2]。当MLCC应用到电子电路中时，还可以起到耦合、滤波、阻直流、分辨频率高低、调谐电路等作用，因此MLCC迅速地替代了钽电容器在大规模集成电路中主导的地位，成为了使用量最大、应用最广的一种片式器件。

多层陶瓷电容器的结构如图1.1所示，是由内电极材料和多层平行放置的陶瓷介质材料叠层烧结形成。每一层都构成了一个平板电容，两个平行电极固定在陶瓷层的上下两边，位于底部的端电极能够较好地接触到内电极，并把多层平板电容并联起来。这N个并联的电容构成了整个电容器，电容器的总电容量的计算公式如下：

(1.1)

其中，ε_r为相对介电常数，ε₀为空气介电常数(8.85×10^-12F/m)，s为内电极有效重叠面积，d为每层陶瓷介质的厚度。

随着陶瓷电容器各项性能的提高，其在市场上的需求量逐年增长^[3]，促使陶瓷电容器的技术也不断进行着革新。现今，MLCC技术已经向小型化、多功能化、高容量化、碱金属化及高压化等方面发展^[4]，如图1.2所示。

发展方向的目的在于增大陶瓷电容器的电容量，降低原料成本。多层陶瓷电容器的技术现状主要表现在以下几个方面：

① 提高电容器的电容量。可以通过开发新型的材料体系，改善原材料性能，提高陶瓷材料的介电常数和化学稳定性，提高介质层数及减少介质层间距等方面提高陶瓷电容器的电容量。

请支付后下载全文，论文总字数：24441字

相关图片展示：