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电子信息产业对高性能介质电容的需求与日俱增,器件的微型化和植入化要求其同时具有良好的介电性能和较高的耐电压强度。开发该类器件的关键是获得高性能介质材料体系和高效的制备方法。同时,基于环保和安全的考虑,非铅体系是现在以及未来的研发重点。因此,本研究以钛酸锶钡(Ba0.7Sr0.3TiO3,BST)为基础材料,放电等离子烧结(SPS)技术为陶瓷介质合成方法,通过调节前驱粉体的制备方式、A/B位共掺杂改性和微量复合等方法来提高钛酸锶钡基陶瓷介质的综合介电性能和击穿强度。主要研究内容如下所述:首先,利用胶体自收集方法合成了超细钛酸锶钡纳米晶(10nm)前驱粉体,并利用合成的粉体进行SPS烧结,经优化确定在1000℃下烧结4分钟可获得高致密化陶瓷介质。介电性能表征显示,该条件下获得的陶瓷介质具有优异的本征介电性能和室温铁电性。介电常数超过3000,高于大多数SPS烧结制得的BST基陶瓷介质,在较宽的频率范围内具有满足工业应用要求的较低介电损耗。具有一级室温铁电/顺电相变(36℃),击穿强度达到240 kV/cm。SPS工艺和均匀超细纳米晶的协同效应以及对纳米晶化学计量比的精确控制是获得高性能BST陶瓷介质的关键。所获得的陶瓷介质是制备高压电容器或室温铁电器件的理想选择,同时基于本方法可探索制备更多性能优良的陶瓷介质。其次,通过溶胶-凝胶法合成了不同浓度的Ca、Zr共掺杂BST前驱粉体。经SPS烧结后获得了单相Ca、Zr共掺杂钛酸锶钡陶瓷介质(x=0,x=0.03,x=0.1)。介电性能表征显示,随着Ca和Zr掺杂量的增加,BST基样品的介电常数不断增大,介电损耗减小。x=0.1时陶瓷获得了超低的介电损耗(0.02)和较高的介电常数(3090)。此外,x=0.03时样品的介电强度达到了 280 kV/cm。显然,钙和锆的A/B位共掺杂能进一步提高BST陶瓷介质的介电性能和击穿强度,是有效的性能优化方法。最后,通过固相烧结法合成了微量反铁电NaNbO3添加的BST基前驱粉体,并经SPS烧结获得(1-x)Ba0.7Sr0.3TiO3-xNaNbO3陶瓷介质。结构表征显示,NaNbO3的添加会导致SPS烧结后的样品产生微量Ba5Nb4O15和Ti10O18氧化物杂相。这跟NaNbO3和BST不同的重熔再结晶过程有关。尽管如此,微量复合体系的介电性能,尤其是介电常数得到了显著的提高。随着复合量的增加,介电常数由纯相BST的3204递增到17690(x=0.006),介电损耗维持在较低水平(<0.2)。耐压强度呈现非线性变化,NaNbO3的添加量为0.002时样品获得了最大的耐压强度(330kV/cm),随后耐压强度的下降与电荷补偿和氧化物杂相生成量的增加有直接关系。反铁电组分的添加可有效地提高陶瓷的介电常数和耐压强度,且介电损耗维持在较低水平。综上所述,通过调控前驱粉体的合成方法和组分,并结合SPS烧结技术有效地提高了 BST基陶瓷介质的介电性能和耐压强度。表征了 BST基陶瓷介质的介电性能并阐述了其变化机理,从而为以后持续提高BST基陶瓷介质的综合介电性能提供了可行的路线。