环保型多重掺杂X7R瓷料的多元非线性回归分析

通过引入自制复合氧化物掺杂剂, 应用多元非线性回归分析方法, 建立了多元非线性回归数学模型y=b₀+Σb_ix_i+Σb_iix_i²+Σb_iiix_i³, 确立了环保型多重掺杂X7R 多层陶瓷电容器(MLCC)瓷料中各种掺杂剂的用量对介电常数及电容量温度变化率(Δ C/C _25℃)的多元非线性回归方程, 并进一步解释了部分掺杂剂的改性机理. 回归方程表明, 介电常数随Nb、Ce掺杂量的增加而降低, 这与当前较为成熟理论“壳-芯”结构模型完全吻合. 最后通过回归方程优化瓷料配方, 研制了环保型X7R MLCC瓷料系统. 在空气中于1140℃下烧成的BaTiO3陶瓷材料的主要性能指标达到: ε_298K=2900±50, tgδ≤1.0%,ρ≥10¹¹Ω·cm,Δ C/C _25℃(-55℃～+125℃)≤±15%.     

B2O3对BaO-Sm2O3-TiO2微波介质陶瓷性能的影响

为了满足微波器件小型化的需要,开发高介电常数的低温烧结微波介质材料成为一种趋势.采用复合掺杂低熔点氧化物来降低BaO-Sm2O3-TiO2系(BST)微波介质陶瓷的烧结温度,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析其物相组成和显微结构,用阻抗分析仪测量了陶瓷材料的介电性能.结果表明:在Ba4(Sm1-0.15Bi0.15)28/3Ti18O54的基质陶瓷材料中,复合掺杂3%的ZnO和2%的B2O3时,其烧结温度为1060℃,得到的BST微波介质陶瓷的介电性能为:εr≈64,tanδ≈1.2×10-3,τf=-8.3×10-5/℃.     

掺钇(Ba,Ca)(Ti,Zr)O_3电容器陶瓷抗还原性的研究

对掺钇的(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3(BCTZ)电容器陶瓷进行了抗还原性研究,研究了不同摩尔分数的钇的掺杂对BCTZ电容器陶瓷的介电性能、显微结构和密度的影响。结果表明,随着Y2O3掺杂量的增加,BCTZ陶瓷的室温介电常数、介质损耗逐渐减小,居里温度向低温方向移动,同时绝缘电阻率升高,BCTZ陶瓷抗还原性能提高;Y2O3的掺入能够促进BCTZ陶瓷的致密化,并有利于抑制BCTZ陶瓷的晶粒生长。     

CeO2掺杂Ba(Zr,Ti)O3基电容器陶瓷的研究

采用传统电容器陶瓷制备工艺,研究了CeO2加入量对Ba(Zr,Ti)O3(BTZ)基电容器陶瓷性能的影响,得到了CeO2影响其性能的规律,即随着CeO2加入量的增加材料的介电常数开始增大随后减小,当w(CeO2)=1.0%时介电常数最大,而介质损耗开始增大然后减小随后增大;当w(CeO2)=0.5%时介质损耗最小.CeO2有降低居里温度及展宽介电常数-温度峰的作用,并且能使材料介电常数温度系数减小.得到了综合性能好的电容器陶瓷.探讨了CeO2加入量对BTZ基电容器陶瓷性能的影响机制,即CeO2是通过与BTZ形成缺陷固溶体、移峰、偏析晶界及抑制晶粒生长等来影响瓷料性能和结构的.     

PTCR陶瓷材料的超低温烧结

主要研究了ＢＮ对ＰＴＣＲ陶瓷材料低温烧结的作用．对Ｌａ掺杂ＢａＴｉＯ_３ＰＴＣＲ陶瓷,在１１００℃的低温下烧结可以得到室温电阻率为１５０Ω·ｃｍ、升阻比为４．９个数量级的样品．对居里温度为３６０℃的高居里点（Ｂａ_０．４Ｐｂ_０．６）ＴｉＯ_３ ＰＴＣＲ陶瓷材料,选用 Ｎｂ_２Ｏ_５为半导化剂,ＢＮ和ＡＳＴ为助烧剂时,可以在１０００℃左右的超低温下烧成．同时,对ＢＮ助烧剂的液相烧结机制进行了初步的探讨．     

SrTiO3独石化晶界层电容器研究

本文研究了低温烧结ＳｒＴｉＯ３晶界层瓷料系统中Ｂｉ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＳｉＯ２等掺杂剂对瓷料半导化及烧结特性的作用与影响，讨论了将这种瓷料应用于常规多层陶瓷电容器制作技术的工艺特点和技术关键。实验表明，利用晶界偏析技术制造ＳｒＴｉＯ３独石化晶界层电容器是一条可行性好的技术路线。     

复合氧化物纳米粉掺杂BaTiO3 基MLCC 超细瓷料

采用新颖的纳米掺杂工艺成功制备了BaTiO₃ 基MLCC 超细抗还原瓷料。TG-DTA、XRD、TEM 分析表明, 通过水基溶胶-凝胶法合成了高分散、高活性的纳米掺杂剂, 平均粒度约40.2 nm。根据传统工艺与纳米掺杂工艺的比较, 对纳米掺杂机理进行了研究。实验发现, 由于纳米粉体的特殊效应, 纳米掺杂工艺能更有效地提高掺杂原子的取代改性作用, 从而更显著地改善瓷料的微观结构和宏观介电性能。样品经测试符合EIAX7R/ X8R 标准, 其介电常数K25 ℃ > 2800 、介质损耗tanδ< 110 %、绝缘电阻率I R = 10.2 Ω ·cm、平均晶粒尺寸Gav≈0.3μm。      

Ca0.3(Li1/2Sm1/2)0.7TiO3微波介质陶瓷的低温烧结研究

采用传统陶瓷制备工艺, 制备了掺杂Na₂O-CaO-B₂O₃(NCB)氧化物的Ca_0.3(Li_1/2Sm_1/2)_0.7TiO₃(CLST)陶瓷, 研究了NCB掺杂量与晶相组成、显微结构、烧结性能及微波介电性能的关系. 研究结果表明: 复合氧化物NCB掺杂量在1wt%～15wt%范围内没有杂相生成, 晶相仍呈斜方钙钛矿结构. 随着NCB添加量的增加, 陶瓷致密化温度和饱和体积密度降低, 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值也呈下降趋势, 频率温度系数τ_f向正方向增大. NCB氧化物掺杂能有效地将CLST陶瓷的烧结温度由1300℃降低至900℃. 添加12.5wt% NCB的CLST陶瓷在低温900℃烧结5h仍具有良好的微波介电性能: ε_r=73.7, Qf=1583GHz, τ_f=140.1×10-6/℃, 满足高介多层微波器件的设计要求.     

功能陶瓷材料研究的若干进展

本文主要介绍几种典型的铁电、压电陶瓷及其多层片式元件应用研究的若干新进展.基于过渡液相烧结机制的压电陶瓷材料具有烧结温度低、压电常数和介电常数高,介质损耗低等诸多优点.低烧多层压电变压器(MPT)以其低驱动电压、小体积、高升压比、薄型片式化等优点在液晶显示背光电源等方面获得应用.多层压电变压器及其背光电源具有高功率密度、高转换效率、薄型化和低成本等特点,通过有限元分析和多普勒激光扫描测振仪对MPT的振动模态与机电谐振特性等进行了分析与测定,为结构与性能优化提供了理论与实验依据.研究了钛酸钡基高介电常数温度稳定型多层陶瓷电容器(MLCC)及薄层贱金属内电极MLCC的关键材料组成以及制备技术,基于缺陷化学原理和无晶粒长大的致密化烧结动力学,通过调控受、施主掺杂和两段法烧结工艺,制备了在还原气氛烧结亚微米/纳米晶钛酸钡基陶瓷及其细晶化贱金属内电极MLCC.研究了多层复合功能陶瓷共烧行为、异质界面互扩散、致密化速率调控机制及共烧匹配技术,借助于差热膨胀仪研究了铁电陶瓷介质和内电极共烧失配的动力学根源,为制备高可靠的MLCC等多层元器件提供实验与理论依据.介绍了压电陶瓷超声微马达的结构与特性.     

氧化物电子陶瓷微波烧结用保温材料MgAl2O4-LaCrO3的研究

报道了一种用于氧化物电子陶瓷微波烧结的保温体材料MgAl₂O₄-LaCrO₃的研究和应用情况.该保温材料解决了许多氧化物电子陶瓷在微波烧结过程中易发生的热应力开裂问题并同时具有使样品均匀烧结成瓷的作用.现已成功地应用该保温体对CoMnNiO系NTC热敏材料;BaTiO₃系PTC材料,ZnO掺杂系电压敏材料,LaCrO₃基复合材料等氧化物电子陶瓷进行了微波烧结,烧结样品无热应力开裂并成瓷均匀致密.适用的氧化物电子陶瓷微波烧结温度区间最高可至1600℃.     

Effects of complex dopants on the microstructure and dielectric properties of BCTZ ceramics

A new route was developed to produce high-performance nonreducible (Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃ (BCTZ) ceramics, in which sol-gel derived complex dopants were applied to ultrafine (Ba_0.97Ca_0.03)_1.001(T{i}_0.80Zr_0.20)O₃ powders. The effect of calcination temperature on the complex dopants, as well as the effect of complex dopants on the BCTZ ceramics was investigated. The micro-strain, Curie point, dielectric loss and maximum dielectric constant at the Curie point of the resulting BCTZ ceramics all decrease with increasing mean crystallite size as the calcination temperature of the complex dopants increases. It is suggested that the above results are presumably due to the downsizing of the agglomerates of the complex dopants during calcination. The effectiveness of the present route to improve the dielectric constant and loss of the BCTZ ceramics simultaneously has been verified in comparison to the conventional mixed oxide route. This new route is very promising for practical use in Ni-electrode multi-layer ceramic capacitors (Ni-MLCCs) with large capacitance.     

烧结工艺对B2O3掺杂Ba1-xSrxTiO3梯度陶瓷介电性能的影响

研究了烧结温度及升温速率对氧化硼(B₂O₃)掺杂钛酸锶钡梯度陶瓷(Ba_1-xSr_xTiO₃,x=0-0.4,步长0.02)的致密化、晶粒尺寸及介电性能的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,在氧化硼挥发的同时致密化程度提高,从而居里峰提高且变得尖锐;随着氧化硼含量的增加,晶粒尺寸均匀长大、介电常数和介电损耗都增加;升温速率适中时,掺杂物的挥发、致密化进程及晶粒长大同步完成,梯度陶瓷介电性能才有效提高.此外,钛酸锶钡梯度陶瓷掺杂适量氧化硼明显降低烧结温度,比未掺杂相同成分的陶瓷烧结温度至少降低150℃,且介电损耗明显减小;梯度陶瓷的居里峰温度区间显著展宽,大大降低了该温区的介温系数,可望提高该系列陶瓷元器件精度及稳定性.     

Bi3NbTiO9的结构与电学性能

用传统固相法成功制备出了致密的、相对密度超过95％的Bi₃NbTiO₉(BNT)压电陶瓷;采用XRD和SEM对陶瓷的结构和晶粒形貌进行了表征;测出了BNT陶瓷在居里温度点附近的介电特性,同时确定了该陶瓷的居里温度T_c为914℃电滞回线的测试显示了该材料典型的硬铁电性,经过高温极化,测出材料的压电常数d₃₃=7pC/N.     

烧结温度对锆钛酸铅-铌镁酸铅压电陶瓷结构的影响

采用铌铁矿预产物合成法在不同烧结温度下制备组成在准同型相界附近的锆钛酸铅-铌镁酸铅压电陶瓷。采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜以及介电温谱对制备陶瓷样品进行表征分析和性能测试。结果表明:所有陶瓷样品的相组成均为纯钙钛矿相;随着烧结温度的升高,陶瓷的相结构由菱方-四方两相共存转变为单一菱方相。对陶瓷断口的观察表明:随着烧结温度的升高,晶粒逐渐长大,陶瓷逐渐致密;陶瓷的平均晶粒尺寸约为3~4μm。制备的压电陶瓷在1 200℃烧结的试样峰值相对介电常数高达19 520,居里温度为310℃。     

A位复合铁电陶瓷Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiCrO3的介电弛豫

采用固相反应法制备了A位复合铁电陶瓷(1-x)Bi_0.5(Na_0.82K_0.18)_0.5TiO₃-xBiCrO₃(BNKT-BCx). 研究了该陶瓷在室温至500℃温度范围内的介电性能. 结果表明该陶瓷的介电温谱存在两个介电反常峰和一个介电损耗峰, 低温介电反常峰温度附近具有明显的介电常数频率依赖性, 但居里峰随频率增加基本不变, 与典型弛豫铁电体的特征不同. 将弛豫铁电体分为本征弛豫和非本征弛豫铁电体, 通过分析极化前和极化后陶瓷的介电温谱, 发现该体系低温介电反常峰温度附近的介电频率依赖性为空间电荷和缺陷偶极子极化引起的非本征弛豫.     

Zn-Al共掺对0.95MgTiO3-0.05CaTiO3介电性能的影响

采用固相反应法制备了 (Mg_0.93Ca_0.05Zn_0.02)(Ti_1-xAl_x)O₃介质陶瓷.研究了Zn-Al共掺杂对0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃(95MCT)陶瓷介电性能的影响.结果表明：Zn-Al共掺杂的95MCT陶瓷的主晶相为MgTiO₃和CaTiO₃两相结构,Zn-Al共掺杂可以抑制中间相MgTi₂O₅的产生,同时,有第二相CaAl₂O₄出现;Zn-Al共掺杂能有效地降低95MCT陶瓷的烧结温度至1300℃,改善介电性能,并对介电常数温度系数具有调节作用.当 Zn²⁺掺杂量为0.02mol、Al³⁺掺杂量为0.02mol时, 在1300℃烧结2.5h获得最佳性能：ε_r =20.35, tgδ=2.0×106, α_c=1.78×106.     

氨解法制备纳米氮化铬粉体

以沉淀法制备的纳米Cr₂O₃为原料,采用氨解法在800-900℃、氮化4-8h制备了纳米氮化铬粉体.对不同氨解温度、氨解时间合成的CrN粉体用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法进行了表征.研究了氨解温度、氨解时间对CrN粉体性能的影响.结果表明:该方法所需设备简单,氮化温度低,反应时间短,产品纯度高.在800℃氮化8h可得到粒度为40-80nm的纯立方相CrN纳米粉体.     

高能球磨Al-Y2O3粉体固相反应制备YAG陶瓷的研究

用高纯Al粉体和Y₂O₃粉体(Al-Y₂O₃粉体)为原料采用固相反应法制备了YAG陶瓷. Al-Y₂O₃粉体高能经过球磨, 煅烧生成YAG粉体, 再真空烧结制备高致密YAG陶瓷. 采用DTA-TG对球磨Al-Y₂O₃粉体进行分析, 采用XRD、SEM对球磨的Al-Y₂O₃粉体、YAG粉体及YAG陶瓷进行了表征. 实验表明: Al-Y₂O₃粉体在～569℃时, Al粉强烈氧化, 并与Y₂O₃粉反应, 600℃煅烧出现YAM相, 随煅烧温度升高出现YAP相, 1200℃煅烧生成YAG粉体. 成型YAG素坯在1750℃保温2h真空烧结出YAG相陶瓷, YAG陶瓷相对密度可达98.6%, 晶粒生长均匀, 晶粒尺寸为810μm.     

Study on barium titanate ceramics prepared by various methods

Barium titanate (BaTiO₃) ceramics have been fabricated using powders prepared by sol-gel, coprecipitation and mixed oxide methods. The powders prepared by sol-gel and coprecipitation have average crystallite diameters of 100 nm and 300 nm, respectively while the diameter of the mixed oxide powder is 1–3 m. When sintered at the same temperature of 1320°C, the three BaTiO₃ ceramics have very different grain size, with the one prepared by the mixed oxide method having the largest grain size of 20 m. The dielectric permitivity increases as the grain size of the ceramic becomes smaller. The room temperature (25°C) dielectric permittivity, pyroelectric and piezoelectric properties of these ceramics have been measured as functions of the poling field. The BaTiO₃ ceramic fabricated from nanosized powder derived from the coprecipitation method is found to have the smallest grain size and better properties than prepared from the sol-gel route, and is thus a good candidate for use in devices that required thick (10 to 20 m) ferroelectric films.