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LTCC磁介复合陶瓷的制备及电磁性能研究

作　者: 苏丽娜
导　师: 刘鹏
学　校: 陕西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 铁磁-介电复合陶瓷 NiCuZn铁氧体 低温烧结 磁导率 介电常数
分类号: O482.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


复合电子材料由于其独特的物理和多功能特性而同时显示出磁和介电性能。最近,随着低温共烧陶瓷(LTCC)技术和集成芯片元素的发展,这种具有显著磁导率和介电常数的新型复合材料得到了广泛研究。由于其同时具有电感和电容的功能,这种材料可用来制作无源集成复数零件,比如滤波器,在减少印刷电路板的占用空间、并进一步促进无源集成零件的小型化方面具有显著优势,可见这一新型复合材料在将来的电子器件生产方面具有潜在的应用价值。但是,这种同时具有铁磁和介电性能的高品质复合材料的研究一直面临着巨大挑战。本论文中,在Bi2O3烧结助剂的帮助下,我们分别制备了xTiO2+(1-x)Ni0.2Cu0.2Zn0.620(Fe2O3)0.98(NiCuZn ferrite)(0≤x≤60wt.%)和xBa0.6Sr0.4TiO3(BST)+(1-x)Ni0.2Cu0.2Zn0.62O(Fe203)0.98(NiCuZn ferrite)(0≤x≤60wt.%)复合陶瓷。NiCuZn铁氧体由于其高磁导率、高居里温度、高频率性能佳和相对较小的损耗被选为铁磁相。中介电常数和低介电损耗的TiO2是一种众所周知的性能优越的介电材料,被选为介电相之一,(Ba,Sr)TiO3由于其高介电常数等一系列优点被选为介电基体材料之二。本论文研究了两种复合陶瓷的烧结行为、微观结构以及电磁性能。用标准的电子陶瓷工艺法首次制备了xTi02+(1-x)Ni0.2Cu0.2Zn0.62O(Fe2O3)0.98(NiCuZnferrite)(0≤x≤60wt.%)复合陶瓷。在3wt.%Bi2O3的帮助下,所有陶瓷样品均在900℃烧结成瓷。XRD结果显示陶瓷样品由NiCuZn、Fe3Ti3O10和TiO2三相组成。从SEM图谱可以看出,10wt.%Ti02-90wt.% Ni0.2Cu0.2Zn0.620(Fe2O3)0.98的陶瓷拥有较小的晶粒尺寸和较高的密度。随着Ti02含量的增加,相对介电常数εr先增大,在x=10wt.%处达到最大,然后减小。样品的磁导率和饱和磁化强度随TiO2含量的增加缓慢减小,其中磁导率显示出了优异的频率稳定性。含10wt.%TiO2的复合材料显示出了典型的磁滞回线。10wt.%Ti02-90wt.%Ni0.2Cu0.2Zn0.62O(Fe2O3)0.98这一陶瓷组分在900℃的低温下显示出了较好的介电和磁性能(εr=50,30,tanδμ=0.13)。同样,用固相反应法首次制备了xBa0.6Sr0.4TiO3(BST)+(1-x)Ni0.2Cu0.2Zn0.62O(Fe2O3)0.98(NiCuZn ferrite)(0≤x≤60wt.%)复合陶瓷。加入3wt.%Bi2O3后,所有复合陶瓷均在925℃时得到了>95%的相对密度。XRD结果显示复合陶瓷均由BST和NiCuZn铁氧体相组成。在NiCuZn铁氧体和BST之间发生了离子扩散,影响了陶瓷的电性能。随着BST含量的增加,复合陶瓷的介电常数增加,同时磁导率降低。40wt.%Ba0.6Sr0.4Ti03-60wt.%Ni0.2Cu0.2Zn0.620(Fe2O3)0.98这一陶瓷组分在950℃的低温下显示出了较好的介电和磁性能(εr=48,tanδ|ε=0.01,μ=20.8,tanδμ|10MHz=0.03),同时也表现出了优异的频率稳定性(fr=100MHz)。综上所述,10wt.%TiO2-90wt.Ni0.2Cu0.2Zn0.62O(Fe2O3)0.98和40wt.Ba0.6Sr0.4TiO3-60wt.Ni0.2Cu0.2Zn0.62O(Fe2O3)0.98两种复合陶瓷均显示出了优异的整体性能,可以被用作电感、电阻和电容。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 LTCC技术  9-13
    1.2.1 LTCC工艺流程及产品分类  9-10
    1.2.2 发展、现状与动态  10-11
    1.2.3 性能特点  11-12
    1.2.4 应用情况  12-13
  1.3 LTCC材料  13-14
    1.3.1 材料种类及其特点  13
    1.3.2 材料要求  13-14
  1.4 本论文主要研究内容及安排  14-17
第2章 铁磁—介电复合材料  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 材料分析  17-20
    2.2.1 铁磁材料基材分析  17-20
    2.2.2 介电材料基材分析  20
  2.3 复合机理  20
  2.4 复合材料  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 复合合陶瓷的制备工艺及性能表征  23-33
  3.1 复合陶瓷的制备工艺  23-28
    3.1.1 实验所用原料  23-24
    3.1.2 样品的制备工艺  24-28
  3.2 复合陶瓷的性能及其表征  28-33
    3.2.1 烧结特性表征  28
    3.2.2 相结构和微观组织表征  28-29
    3.2.3 陶瓷样品的电学性能测试表征  29-30
    3.2.4 陶瓷样品的磁学性能测试表征  30-33
第4章 xTiO_2+(1-x)Ni_(0.2)Cu_(0.2)Zn_(0.62)O(Fe_2O_3)_(0.98)复合陶瓷的制备与性能研究  33-43
  4.1 引言  33
  4.2 TiO_2-NiCuZn复合陶瓷性能研究  33-41
    4.2.1 复合陶瓷的制备  33
    4.2.2 复合陶瓷的烧结特性  33-34
    4.2.3 相结构和显微结构  34-37
    4.2.4 电性能  37-38
    4.2.5 磁性能  38-41
  4.3 本章小结  41-43
第5章 xBa_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3+(1-x)Ni_(0.2)CU_(0.2)Zn_(0.62)O(Fe_2O_3)_(0.98)复合陶瓷的制备与性能研究  43-55
  5.1 引言  43
  5.2 BST-NiCuZn复合陶瓷性能研究  43-53
    5.2.1 复合陶瓷的制备  43-44
    5.2.2 复合陶瓷的烧结特性  44-45
    5.2.3 相结构和显微结构  45-48
    5.2.4 电性能  48-50
    5.2.5 磁性能  50-53
  5.3 本章小结  53-55
第6章 结论  55-57
参考文献  57-65
致谢  65-67
攻读硕士学位期间科研成果  67-68

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 磁学性质
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