常见功能陶瓷的制备

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1、第二章常见功能陶瓷的制备一.电容器陶瓷电容器在电子线路中，起到阻断直流、存贮电荷、滤波、区分不同频率及使用调谐等作用，是电子功能陶瓷元件中用量最大的元件之一。电容器产量占全球电子元件的40％以上，产值约占全球电子元件的10％以上电容器：高频、铁电、表面层与边界层、微波、独石等几类介质材料：钛酸盐、锡酸盐、锆酸盐的固溶体。GENERALPROCESSESOFELECTRONICMATERIALS典型电容器陶瓷制造工艺流程一般工艺步骤：（1）配料（2）混合（3）球磨（4）干燥（5）预烧（6）造粒（7）成型

2、（8）烧成（9）加工、整形（10）上电极1.工艺调整对显微结构与性能的影响：（1）晶粒尺寸控制：大部分电容器采用的材料要求为细晶粒（例如BaTiO3的晶粒尺寸为0.7～1μm），以获得大的ε。晶粒抑制剂：如NiO、锡酸铋等。压平剂：获得平坦的ε~T关系，如MgSnO3、CaZrO3、CaSnO3、Bi2(SnO3)3、CaTiO3。（2）显微结构控制：在高ε材料中常采用加入少量（2～3％）组成相同的晶种，使得显微结构均匀。显微结构(晶粒和气孔的尺寸大小及分布,相组成及分布,晶界特性、缺陷及裂纹,组成均

3、匀性及畴结构等）（3）微区化学成分控制：人为控制化学不均匀性，例如利用“壳心”结构，阻止晶粒生长的第二相或者多相混合热压等。如X7R材料的电容温度调制。（4）液相烧结技术：BaTiO3中加入过量钛，形成第二相液相促进烧结。在SrTiO3系统中，加入助烧结剂（SiO2、Al2O3）或利用化学式量偏离。2.显微结构与ε~T曲线关系：（1）相的迭加法则：各晶相的ε~T关系及TKε（电容温度系数）、TKf（频率的温度系数）的正负不同，利用相的迭加法则，调整固溶体的两相比例从而得到平坦的ε~T关系或一定TKε、

4、TKf材料。（2）富施主体系：烧结过程中液相未进入晶界，而停留在晶粒交界处。晶粒生长通过晶界迁移而完成，晶界迁移速度慢，无异常晶粒生长，材料的介电性随温度变化不大（从-50oC到+100oC电容变化很小），可用作稳定电容介质。√（3）富受主体系：液相进入晶界，成为晶界液相膜。液相的高活动性促成晶粒异常生长，大晶粒可达100μm，而小晶粒仅为1μm，添加物宏观上为均匀分布，ε~T曲线中居里峰十分明显，介电性不稳定，不适合作为稳定电容器材料。常用作X7R介质工艺技术要点材料体系：BiTiO3-Nb2O5-

5、Bi2O3、BaTiO3-Nb2O5-Co3O4、BaTiO3-(Ho,Gd,Dy,Er)2O3-MgO等满足下列条件：在-55～+125oC温度范围内电容率变化＝15％。“壳，心”结构：晶粒内的组成不均匀，晶粒内核为铁电相，而外壳为非铁电的顺电相，从而使材料的电容-温度关系平稳。发展趋势：膜的层厚更薄，要求介质的晶粒更细，这就使得利用“壳，心”结构设计X7R材料更为困难。因为要求核芯部分体积为更小，但晶粒变小后，由于尺寸影响，ε减小，电容量下降。Sakabe掺杂解决方案：不采用“壳，心”结构，而利用

6、掺入CaO,组成为：（Ba1-xCax）mTiO3+1mol%MgO+2mol%SiO,x=0~0.10,m=1.003~1.009抑制了BaTiO3的四方性，得到细晶粒陶瓷，晶粒为0.2μm，而获高介电系数（ε＝3000）的稳定电容器材料。理想BaTiO3陶瓷的壳－芯结构壳－芯结构的TEM照片(Y.Mizuno,J.Eur.Ceram.Soc.,2001,21:1649)材料配方的改进；工艺技术的改进；微结构的控制；微结构与性能关系的表征。X7R介质X7R介质壳－芯结构的形成：居里点移动机理：壳－芯

7、结构的稳定性：扩散速率固溶度(第二相)取代离子的移动效应离子空位应力作用离子半径固溶度烧结气氛杂质的掺杂取代作用：化学成分掺杂方式粒径均匀掺杂X7R介质工艺技术研究内容（1）BaTiO3陶瓷的微观形貌（2）相组成（3）绝缘电阻率（4）介电性能（5）居里点的移动（6）壳－芯结构多层陶瓷电容器的结构特点：封装简单，密封性好；能有效隔离异性电极；比容大，等效串联电阻小；无极性；固有电感小；高频特性好。引言：世界电子技术的飞跃发展，电子设备的小型化、薄型化、轻量化、多功能化，要求元器件小型化、片式化、标准化、

8、无引线、组合化、集成化、电路模块化，以适应高密度组装自动化大生产的要求。在大规模集成电路中，1-100μF的MLCC正快速的替代钽电容器和铝电解电容器原有的地位，是世界上用量最大、发展最快的一种片式化元件。在生产数量与市场份额上皆占主导地位。应用领域：广泛应用于移动通信、信息技术、消费电子、航空航天和国防科技等领域。3.多层陶瓷电容器（MLCC）MLCC制备工艺流程MLCC的发展对工艺技术提出的要求关键技术：材料配方技术、陶瓷粉料制备工艺、成膜技术、电极