功能陶瓷材料簡介

　　功能陶瓷是以電、磁、聲、光、熱和力學(xué)等信息的轉(zhuǎn)換、耦合、存儲和檢測為主要特征的介質(zhì)材料，主要包括鐵電、壓電、介電、熱釋電和磁性等功能各異的陶瓷材料。它是電子信息、集成電路、移動通信和能源開發(fā)等現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料。功能陶瓷及其電子元器件對信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和綜合國力的增強具有重要的戰(zhàn)略意義。
 

　　電子信息技術(shù)的集成化和微型化發(fā)展趨勢，推動電子技術(shù)產(chǎn)品日益向微型、輕量、薄型、多功能和高可靠的方向發(fā)展。功能陶瓷元器件多層化、片式化、集成化、模塊化和多功能化以及高性能低成本是其發(fā)展的總趨勢。鐵電壓電陶瓷是功能陶瓷領(lǐng)域的主流材料，應(yīng)用十分廣泛。本文著重介紹我們課題組在鐵電壓電陶瓷及其片式元器件應(yīng)用研究的部分新進展。
 

　　鐵電陶瓷及其高性能片式元器件
 

　　多層片式陶瓷電容器(MLCC)是一種量大面廣的重要電子元器件，世界市場年銷售數(shù)千億只，廣泛用于電子信息產(chǎn)品的各種表面貼裝電路中。大容量、高可靠、薄層化、低成本等是MLCC發(fā)展的主要方向。MLCC是陶瓷介質(zhì)材料、相關(guān)輔助材料以及精細制備工藝相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品。陶瓷介質(zhì)材料是影響MLCC諸多性能的關(guān)鍵因素。鈦酸鋇鐵電陶瓷是MLCC技術(shù)中采用的主流材料。它在居里點附近雖然有較高的介電常數(shù)，但其溫度變化率也較大。溫度穩(wěn)定型X7RMLCC是一種有廣泛而重要用途的片式元件。如何保證高介電常數(shù)與低容溫變化率兼優(yōu)是一個技術(shù)難題。研究結(jié)果表明，采用Nb205和Co304等復(fù)合摻雜，控制燒結(jié)過程以形成化學(xué)成分不均勻的“芯(鐵電相)一殼(順電相)”結(jié)構(gòu)，所制備的鈦酸鋇基X7R502MLCC材料的室溫介電常數(shù)可達5000左右，室溫介電損耗<1%，電阻率為1013Qycm，擊穿場強5kV/mm，容溫變化率≤士10%。它為制備jun用高可靠大容量X7RMLCC提供了關(guān)鍵新材料。
 

　　發(fā)展新一代超薄型大容量jian金屬內(nèi)電極MLCC對陶瓷材料和制備工藝提出了許多科學(xué)和技術(shù)問題。
 

　　MLCC的層厚由原來的幾十微米降到幾微米，甚至1~3um。這對陶瓷介質(zhì)材料的晶粒尺寸及微觀結(jié)構(gòu)的控制提出更高要求，即需要制備亞微米/納米晶鈦酸鋇陶瓷。
 

　　采用Nijian金屬內(nèi)電極(Base Metal Electrode,BME)制備MLCC，必須研制抗還原鈦酸鋇陶瓷介質(zhì)材料。由于Ni/NiO的平衡氧分壓很低，Ni電極在氧化氣氛中燒結(jié)極易氧化而失去電極作用。解決鈦酸鋇陶瓷在低氧分壓氣氛燒結(jié)而不被還原的缺陷化學(xué)原理為BMEMLCC的實用化和產(chǎn)業(yè)化提供了理論與技術(shù)指導(dǎo)。近年來，BMEMLCC的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模及其在片式多層陶瓷電容器的*不斷增大，應(yīng)用于高duan產(chǎn)品的材料和技術(shù)仍是當(dāng)前BMEMLCC的研究熱點和難點。采用高品質(zhì)鈦酸鋇粉體和受主、施主以及稀土摻雜，通過*的兩段法燒結(jié)工藝，制備了高性能亞微米晶鈦酸鋇X7R(302)抗還原瓷料。陶瓷晶粒100~400nm，室溫介電常數(shù)2000~3600，擊穿場強10kV/mm，絕緣電阻率為1012Qycm，容溫變化率≤士12%，室溫介電損耗<0.8%。所研制的X7R302亞微米晶(300nm)jian金屬MLCC具有細晶、高介電常數(shù)和高的耐壓特性，為新一代高性能BMEMLCC薄層化、微型化提供了關(guān)鍵材料與技術(shù)。