摘 要

多层陶瓷电容器（MLCC）是重要的电子信息技术基础器件，被广泛应用于电子信息技术领域。随着航空航天、能源、汽车工业、石油化工等领域的高速发展，要求此类电子设备能够在极其恶劣的条件下正常运行，这就要求提高MLCC工作温度。因此，研究能在更宽的温度范围下使用的 MLCC 介质材料是国内外研究的重点。本论文针对上述问题，以 xBiAlO₃-(1-x)BaTiO₃（简称 xBA-(1-x)BT）和xBi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃-(1-x)BaTiO₃（简称 xBZT-(1-x)BT）为研究对象，开展了以下工作：

采用固相法制备 xBA-(1-x)BT（x=0.1~0.3）和 xBZT-(1-x)BT（x=0.1~0.4）粉体，并分别采用微波烧结和传统常规烧结的方法对两体系进行烧结，分析烧结方式的不同以及BA和BZT 掺量的不同对体系物相结构及介电性能的影响。研究结果表明，微波烧结在所需时间远远低于常规烧结的情况下，得到的样品在结晶度上明显优于常规烧结，微波烧结得到的陶瓷晶粒尺寸较常规烧结明显减小，介电测试表明微波烧结所得陶瓷样品居里峰的峰强和峰宽都有所改变。另外，BA和BZT的加入有利于改善 BaTiO₃的介电常数的稳定性，介电常数峰被压低，同时陶瓷最大介电常数ε_m 减小，0.40BZT-0.60BT 陶瓷高温段稳定性较好，用于后期的掺杂试验，拟改善其低温稳定性。

Nb₂O₅ 可以有效改善陶瓷体系低温稳定性，基于 BaTiO₃ 陶瓷的“核-壳”结构原理，本文研究了微波烧结和常规烧结掺杂 Nb 对 0.40BZT-0.60BT 陶瓷结构及介电性能的影响，随着 Nb 含量的增加，介电常数温度曲线变得平坦，起到展宽效应，体系的低温段稳定性明显增强。

关键词：微波烧结，介电性能，多层陶瓷电容器

Abstract

Multilayer ceramic capacitor (MLCC) is an important electronic information technology based devices, which are widely used in the field of electronic information technology. With the development of aviation, energy, automobile industry, the rapid development of petroleum and chemical industry, such as electronic equipment can run normally under extremely harsh conditions, which requires MLCC working at higher temperature. Therefore, the dielectric materials that can be used in a wider range of temperature, urgently to be studied.In this paper, xBiAlO₃-(1-x)BaTiO₃(xBA-(1-x)BT) and xBi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃-(1-x)BaTiO₃(xBZT-(1-x)BT)were chosen to study and the results are as follow:

xBA-(1-x)BT（x=0.1~0.3）and xBZT-(1-x)BT（x=0.1~0.4）were synthesized by solid state method, and ceramics were sintered by microwave sintering and conventional sintering method respectively,The phase structures, dielectric properties with different sintering and different adding amount of BA and BZT contents were investigated.The results indicated that the time of microwave sintering is far shorer than the time of the conventional sintering. The crystallinity of samples was significantly better than that of samples produced by the conventional sintering.Compared with the samples produced by the conventional sintering,the grain size of samplrs produced by microwave sintering decreased and dielectric test showed intensity and width of Curie peak changed.In addition, BA and BZT helpd to improve the dielectric temperature stability of BaTiO₃, dielectric constant peaks were depressed, the maximum ceramic dielectric constant ε_m decreased at the same time, dielectric temperature stability of high temperature section of 0.40BZT-0.60BT is better, requiring to be improved at the low temperature section.

Nb₂O₅ can effectively improve dielectric temperature stability at low temperature section, based on the core-shell structure of BaTiO₃ ceramics.In this paper effect of Nb content doping on the 0.40BZT-0.60BT ceramic on the structure and dielectric properties were studies .With the Nb content increase, dielectric constant temperature curves become flat,and have broadening effect, the dielectric temperature stability at low temperature section is enhanced.

Key words: microwave sintering；dielectric properties；multilayer ceramic capacitor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第 1 章 绪论 1

1.1 多层陶瓷电容器（MLCC）概述 1

1.2 BaTiO₃的结构、性能与改性机理 2

1.2.1 BaTiO₃的晶体结构 2

1.2.2 BaTiO₃的介电性能 3

1.2.3 BaTiO₃的改性机理 3

1.2.4 BaTiO₃的“核-壳”结构（Core-Shell structure） 5

1.3 烧结方法 6

1.3.1 常压固相烧结 6

1.3.2 微波烧结 6

1.3.3 放电等离子烧结 7

1.3.4 反应烧结 7

1.4 材料体系选择 7

1.5 本论文研究目的及思路 8

第 2 章 陶瓷的制备及其结构与性能表征 10

2.1 实验原料及仪器设备 10

2.2 陶瓷的制备工艺 11

2.3 样品结构表征与性能测试 12

2.3.1 体积密度 12

2.3.2 x射线衍射分析（XRD） 12

2.3.3 扫描电子显微镜（SEM） 12

2.3.4 介电性能测试 13

第 3 章 xBiAlO₃-(1-x)BaTiO₃陶瓷的制备及介电性能研究 14

3.1 制备方法 14

3.2 体积密度 14

3.3 物相结构 15

3.4 介电性能 16

3.5 本章小结 18

第 4 章 xBi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃-(1-x)BaTiO₃的制备及介电性能研究 19

4.1 制备方法 19

4.2 体积密度 20

4.3 物相结构 20

4.4 介电性能 22

4.5 本章小结 22

第 5 章 Nb 掺杂的0.40BZT-0.60BT 陶瓷的制备及介电性能研究 24

5.1 实验路线 24

5.2 物相结构和显微结构 24

5.3 介电性能 26

5.4 本章小结 28

第 6 章 结 论 29

参考文献 30

致 谢 33

第 1 章 绪论

伴随着电子电路集成化、小型化的发展，具有小型化特点的贴片式元件的应用也越来越广泛，多层片式陶瓷电容器（MLCC）作为基础的电子元器件，不仅广泛应用于民用电器如汽车电子配件，移动通信设备，电视广播系统，更在工业和军用领域有着巨大的需求 ^[1,2]。MLCC 的技术发展对于一个国家的电子信息产业发展已起到了相当重要的作用。

1.1 多层陶瓷电容器（MLCC）概述

电容器作为三大被动电子组件之一扮演着非常重要角色，广泛应用于旁路、能量转换、控制电路等方面。MLCC为片式多层陶瓷电容器（Multilayer Ceramic Capacitors），是电子整机中主要的贴片元件之一，其将内电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合,共烧成一个整体 ^[3]，具有体积小、耐高压、高温、电容量范围宽等特点，在成本和性能上都占据相当优势 ^[4]。近年来，电子信息产业持续的技术创新带动了 MLCC 技术的飞速发展。多层陶瓷电容器（MLCC）的基本结构如图1.1，其构造主要分为三个部分：介质陶瓷、内电极和端电极，其由介质陶瓷与内电极相互叠加，端电极将内电极以并联相接，再将导电的外电极刷到两平行端部，形成一个完整的芯片^[6]。MLCC 产品根据不同分类方式类别很多。按温度特性的不同大概分为两类，温度补偿性固定电容器和固定电容器。其还可以根据不同额定工作电压分类，需要高层数、大电容的电路普遍使用小于 50 V 的电容器，中高压 MLCC 普遍应用在大于 100 V 的电路中，而大于 630 V 时工作的称作高压 MLCC。而根据尺寸MLCC一般以四个数字来命名产品规格，其中前两个数字表示该产品长度，后两个数字表示产品宽，如 0201 规格为 0.02 英寸长，0.01英寸宽^[5]。