宽温稳定型多壳层BaTiO3基介电陶瓷的制备与性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongshurong20090907
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BaTiO3作为具有高介电常数、价格低廉、环保等优点的体系,最早应用于商业化的MLCC生产,但该体系居里温度在130 oC附近,限制了其在宽温稳定型陶瓷电容器中的应用。针对其温度稳定性差的问题,本论文以“核-壳”结构理论为基础,以提高介电常数温度稳定性为目标,对核、壳材料的选择,多层包覆的“核-壳”结构的设计进行了系统地研究。为了提高钛酸钡高温端的温度特性,本论文以xBi(Zn0.5Ti0.5)O3-(1-x)BaTiO3(简称xBZT-(1-x)BT)体系为研究对象,采用高分子网络凝胶法制备了xBZT-(1-x)BT陶瓷(x=0.1~0.5),研究了掺杂量对物相结构、显微形貌和介电性能的影响。研究发现,随着BZT含量的增加,介电常数峰被不断压低展宽,表现为明显的弛豫特性,介电峰对应温度Tm先增大后减小。以Nb2O5为包覆层,对三种不同Tm的xBZT-(1-x)BT的核材料对介电性能的影响进行了研究,结果表明居里点较低xBZT-(1-x)BT的核会导致核壳介电峰的合并,核和壳层的居里温度差距较大,才能发挥核壳结构对介电温度稳定性的改善作用;高温端温度稳定性好的核材料,容易获得在更宽的温度范围的介电温度稳定性。为了改善钛酸钡粉体在包覆时的团聚,本论文通过金属醇盐溶胶沉淀法制备了单分散纳米立方钛酸钡粉体。通过XRD和SEM对粉体的性能进行了表征,并对粉体进行了0.3BZT-0.7BT和Nb/Co氧化物的包覆。对包覆后粉体制备的陶瓷介电性能进行研究发现,包覆层的厚度和组成对核钛酸钡的晶型转变有影响。据此引入了核壳内应力模型,对这种反常现象进行了解释,并通过调整包覆层的厚度和组成,成功使核钛酸钡从立方相转变为四方相。为了同时改善低温端和高温端的介电温度稳定性,本论文根据之前的结论,设计了多层包覆“核-壳”结构,以四方相钛酸钡为核,以0.3BZT-0.7BT为第一层包覆层,以Nb2O5为第二层包覆层,通过高分子网络凝胶法制备了BT@x(0.3BZT-0.7BT)]@yNb陶瓷,并通过TEM-EDS确定了多层“核-壳”结构的存在。研究发现,当x=3,y=0.15时性能最优,室温介电常数1190,介电损耗1.3%,满足X9R介质陶瓷的温度特性要求。
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