论文部分内容阅读
高频高精度多层片式陶瓷电容器(Multi-layer ceramic capacitors,MLCC)是无线通信系统中的关键电子元件,需求量特别巨大,为了不断提高其性价比,众多厂商主张利用Ni等贱金属(Base metal)取代Ag等贵金属作为MLCC内电极来降低成本。但为了避免MLCC在共烧过程中Ni金属内电极氧化,必须采用还原气氛,因此,对传统的氧化物微波介质陶瓷材料提出了新挑战。特别是适用于高频高精度BME-MLCC的低介电常数(εr<15)微波介质陶瓷必须具备稳定的温频特性和良好的抗还原性。为此,本文拟以Ba2Zn(1+x)Si(2+y)O(7+x+2y)陶瓷为研究对象,采用传统固相法制备陶瓷样品,从研究罕见的弱铁电性和低介微波介电性能共存现象入手,重点探寻弱铁电性证据、研究Zn2+含量和Ba/Si比值对材料温频特性的影响规律以及不同烧结气氛条件下相成分的稳定性和抗还原性,最终制备出具有良好抗还原性的陶瓷材料,并建立了Ba2Zn(1+x)Si(2+y)O(7+x+2y)低介微波介质陶瓷温频特性调控新机制,打破了主要依靠Ti基调控剂改性温频特性的传统。Ba2Zn(i+x)Si(2+y>O(7+x+2y)(x=0、y=0)陶瓷经1200℃保温3h后呈现出具有单斜结构(C 2/c)的Ba2ZnSi207相,并出现了弱铁电性和低介微波介电性能(εr=8.09、Q×f=26634GHz、τf=-51.4ppm//℃)共存现象。在介温曲线上的510℃和750℃以上位置分别观察到介电常数异常峰,微观结构中出现了 90°和103°电畴,材料本征剩余极化强度为0.005μC/cm2,电畴原位观察确定其居里温度在750℃以上。在研究Zn2+含量对Ba2Zn(1+x)Si2O(7+x)陶瓷的温频特性调控机制时,发现两端点成分分别为正交β-BaSiO3相(x =-1)和六方BaZnSiO4相(x = 1),且均与Ba2ZnSi2O7相一样兼具微波介电性能和弱铁电性。BaSiO3和BaZnSiO4陶瓷的本征剩余极化强度分别为 0.006μC/cm2 和 0.009μC/cm2 在低温(145℃ 和 124℃)和高温(500℃ 和 479℃)均具有介电常数异常峰。低温下较强的介电常数异常峰导致BaZnSiO4陶瓷(τf=-181ppm//℃)呈现出比 BaSiO3 陶瓷(τf=-35.4ppm//℃)更大的负 xf值。对于 Ba2ZnSi2O7陶瓷,Zn缺位能阻止BaZnSiO4第二相的生成,有助于提高材料的温频稳定性,而Zn过量会促使BaZnSiO4第二相出现,从而大幅降低了材料的温频稳定性。在研究Ba2Zn(1+x)Si(2+y)O(7+x+2y)陶瓷的抗还原性时,重点研究了材料在不同气氛中的相成分稳定性以及Ba/Si比值对材料介温特性和抗还原性的影响规律。Ba2Zn(1+x)Si2O(7+x)陶瓷(x=0和1时)在Air、O2和N2中烧结能维持稳定的相成分,但在N2-1vol%H2还原性气氛中,由于Zn2+挥发,所以BaZnSiO4相会逐渐转变为Ba2ZnSi2O7 相,而 Ba2ZnSi2O7 相会转变为 BaSiO3。Ba2Si(2+y)O(6+2y)(y=0、1.0、1.2、2.0)陶瓷的相成分在四种气氛中烧结均非常稳定,分别获得了 BaSiO3、Ba2Si3O8、Ba5Si8O21和BaSi2O5单相,其中Ba5Si8O21相是一种具有反常正τf值的低介电常数微波介质陶瓷材料,有望成为一种新型的具有抗还原性的温频特性调节剂。