两性稀土增强纳米BaTiO3瓷粉制备以及MLCC应用研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wyoo00oo
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随着便携式电子设备的发展,多层陶瓷电容器(MLCC)正朝着小型化、高容量和可靠性、贱金属化以及良好的温度稳定性方向发展。下一代MLCC应该有更多的介电层和更薄的单层厚度,甚至小于1μm。一方面要考虑到MLCC电介质陶瓷薄层的可靠性。另一方面,厚度的减小意味着外加电场的增加。这对纳米化BaTiO3瓷粉的表面修饰改性技术提出了极高的要求。然而,国内高端BME-MLCC所用的X7R系列瓷粉基本依赖于进口,但性能一般,具有高水平含量的瓷料很难进口。因此为了突破技术封锁和壁垒,需要研制高性能的纳米化BaTiO3瓷料,以满足产品在耐高压、大容量和轻薄度等高技术上的要求。基于此背景围绕BaTiO3瓷料的修饰改性、改性后纳米BaTiO3基陶瓷和Ni-MLCC器件展开了系统的研究,全文主要研究内容以及研究结果如下:(1)探究了化学包覆工艺的关键参数,搭建还原烧结设备和制定还原气氛烧结制度,并成功制备了符合X7R温度稳定性的抗还原型BaTiO3基陶瓷。确定化学共沉淀包覆法关键参数:pH值为9.5且陈化时间为8h,能实现粉体表面多组元的均匀包覆,核与壳的界限清楚,壳层厚度约为3.4nm。通过低氧分压还原气氛设备烧结制得抗还原型陶瓷,室温介电常数高达2400,介电损耗小于1%,满足 X7R 标准(TCC≤15%)。(2)采用化学包覆法对不同粒径(150~500nm)的BaTiO3粉末进行包覆,均获得了核壳包覆明显的改性瓷粉。在还原气氛烧结获得了晶粒大小均匀晶粒尺寸分别在190~51 0nm的致密陶瓷,这些陶瓷εr>2000、tanδ<1%且ρ>0.9×1012Q·cm,符合X7R型温度稳定性,具有良好介电性能。研究发现随着晶粒尺寸的减小,细晶粒陶瓷表现出较低的介电常数和介电损耗,介电曲线在温度范围内更加平坦;在40kV/cm最大直流偏压电场下,细晶陶瓷偏压介电变化率<20%,体现出较高的直流偏压稳定性。在测试温度范围,细晶陶瓷均能保持稳定,表现出良好的温度稳定性。晶粒尺寸为190nm的陶瓷的最大Wrec和η分别是0.615J/cm3和71%,最大交流击穿电场是91.6kV/cm。此外,陶瓷中铁电响应随温度升高而降低,温度升高放电能量密度下降且储能效率提高。(3)制备出了 1210 型(3.2mm×2.5mm,6μm×30 层)的 BME-MLCC,获得了最佳烧结温度为1220℃,电容量高达390nF、tanδ<2%且IR>9000MQ,符合EIA-X5R型温度稳定性。在室温下在1Hz~10kHz范围内表现出较强的弛豫特性。在-55℃、25℃、85℃和125℃下,电容量在10-2~105Hz范围内变化率小于20%,具有良好的频率稳定性。该MLCC能承受240V的较高直流偏压,直流电压在18~30V时,MLCC的温度稳定性最好,符合EIA-X7R标准;电压超过30V后,温度稳定性逐渐变差。在交流电场依赖性方面,低温段电容量表现出明显的依赖性,随交流驱动场增加,电容量上升。
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