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高介高稳定性的Y5P陶瓷电容器

作　者: 杨公安
导　师: 蒲永平
学　校: 陕西科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 钛酸钡介电性能温度稳定型稀土掺杂 Y5P
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

钛酸钡基陶瓷电容器是一类使用用途广泛的材料,它属于低频高介电容器瓷即Ⅱ类瓷,是强介铁电陶瓷。由于传统含铅陶瓷介质材料给人类健康和环境造成了的巨大危害,因此,寻找一种环保的、高性能的无铅陶瓷电容器已成为各国材料科研人员的共同目标,确切的说是寻找一种或几种无铅陶瓷系统并通过稀土的掺杂改性来达到人们的需求；根据美国电子工业协会(EIA)标准Y5P与X7R、X8R、Y5V相比虽然工作温度范围比较窄,但其温度稳定性更高,可以应用在对陶瓷电容温度稳定性特定要求的地方。本文采用BaTiO3-Nb2O5-Fe2O3系统为主研究系统,分别探讨了不同质量百分比的Nb205和Fe203对系统介电性能及晶体结构的影响,发现1.00wt%和的O.1wt%的Nb205和Fe203可以得到Y5P标准的陶瓷电容器,其结构主要是顺电相与铁电相组成。为达到提高材料的温度稳定性并保证较高的介电常数,利用功能陶瓷工艺制备出了各种稀土(La2O3、CeO2、Bi4Ti3O12)掺杂的钛酸钡陶瓷的方式,同时借助XRD、SEM等测试手段对这些不同稀土和不同制备工艺样品的微观结构和电学性能进行了系统的研究。对于体系进行的稀土掺杂改性,有针对性的改变相应制备工艺,以达到实际应用的需要。通过XRD图谱研究了陶瓷的微观结构。结果表明,适量的稀土掺杂可以发生A位或B位取代,使稀土元素以离子的形式固溶于晶体晶格中,所有样品的结构都是钙钛矿结构。通过SEM图的比较研究了所有陶瓷和薄膜样品的微观形貌。研究结果发现,所有稀土掺杂的陶瓷样品都有晶粒的存在。但对于过量的烧结助剂(玻璃粉),其陶瓷样品的微观形貌不利于分辨晶粒与晶界。而掺杂稀土的种类和组分对晶粒的大小和形状有一定的影响,大量的La203会抑制晶粒的生长,还有些样品存在晶粒的异常生长,这与稀土的种类和比例、升温速率、保温时间和氧分压等都对晶粒的大小和形状产生重要的影响。对于BaTiO3材料存在居里温度的突跳,室温介电常数低等缺点,在体系中掺杂BIT和Ce02,可作为助熔剂和展宽剂,Ce4+进入B位,部分晶胞呈现出中心对称,使得BaTiO3陶瓷的极化不规则,导致居里温度的前移,介电性能有较大的改善。由于BaTiO3陶瓷材料烧结温度高,介电性能随温度变化大的缺点,采用固相法在BaTiO3中掺杂玻璃粉的加入会在烧结过程中引入了液相烧结,促进传质,有效地降低烧结温度,使得陶瓷的致密度提高。多种稀土元素和相应合理的烧结制度共同作用的结果,制得了性能达到Y5P要求的高介高稳定性的陶瓷电容器,1kHz下测试性能参数为：烧结温度1300℃,介电常数ε≈4000,损耗tanδ≤1.5%,-30℃-85℃范围内-10%<Δε/ε<10%。本实验分析了不同稀土元素掺杂钛酸钡对Y5P陶瓷电容器的影响,并比较不同的煅烧温度并确定最佳煅烧温度。最后本实验采取以BaTiO3-Nb2O5-Fe2O3主系统,通过稀土掺杂并采取合适的烧结温度及保温时间最终得到了符合上述性能的高介高稳定的Y5P陶瓷电容器。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1. 绪论  10-17
  1.1 前言  10
  1.2 BaTiO_3陶瓷特性的研究  10-11
  1.3 BaTiO_3基介电材料的研究进展  11-14
  1.4 选题的背景和意义  14-16
  1.5 本文的研究内容  16-17
2. 实验部分  17-22
  2.1 原料及设备  17-18
    2.1.1 实验药品  17
    2.1.2 实验设备  17-18
  2.2 工艺流程  18-19
  2.3 性能测试  19-22
    2.3.1 收缩率和密度测试  19-20
    2.3.2 电性能的测试  20-21
    2.3.3 晶体结构及微观结构的的分析  21-22
3. 钛酸钡系统的改性研究  22-48
  3.1 Fe_2O_3对BTNF陶瓷系统的介电性能的影响  23-27
    3.1.1 BTNF陶瓷系统的晶体结构分析  23-24
    3.1.2 Fe_2O_3对系统的掺杂改性机理分析  24-26
    3.1.3 BTNF陶瓷系统的电性能分析  26-27
  3.2 Nb_2O_5对BTNF陶瓷系统的介电性能的影响  27-32
    3.2.1 BTNF陶瓷系统的晶体结构分析  28-29
    3.2.2 Nb_2O_5对系统的掺杂改性机理分析  29-30
    3.2.3 BTNF陶瓷系统的电性能分析  30-32
  3.3 在BTNF系统中添加La_2O_3对其介电性能的影响  32-38
    3.3.1 BTNF陶瓷系统的晶体结构分析  32-34
    3.3.2 La_2O_3对系统的掺杂改性机理分析  34-35
    3.3.3 BTNF陶瓷系统的电性能分析  35-38
  3.4 在BTNF系统中添加CeO_2对其介电性能的影响  38-41
    3.4.1 引言  38
    3.4.2 CeO_2对系统的掺杂改性机理分析  38-39
    3.4.3 BTNF陶瓷系统的电性能分析  39-41
  3.5 制备Y5P陶瓷电容器共掺杂的研究  41-48
    3.5.1 引言  41-44
    3.5.2 BTNF陶瓷系统的晶体结构与微观结构分析  44-45
    3.5.3 BTNF陶瓷系统的电性能分析  45-48
4. 结论  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-56
攻读学位期间发表的学术论文及专利成果  56-58

高介高稳定性的Y5P陶瓷电容器

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