SrTiO3陶瓷晶界层电容器材料的晶界研究Ⅰ.晶界结构

利用高分辨电镜研究了低温一次烧结SrTiO_3陶瓷晶界层电容器材料的晶界结构,发现在西晶粒间存在着4种典型的晶界类型。通过构筑晶界形成的结构模型,揭示了两晶粒间晶界形成的特征,认为两晶粒间晶界相的形成既与两晶粒间的液相成份和杂质组成有关,亦与两晶粒的相对取向有关。此外,还与两次烧结SrTiO_3陶瓷晶界层电容器材料的晶界结构作了比较。     

低温烧结SrTiO_3陶瓷晶界层电容器材料的研究

研究了施主杂质Nb_2O_5,碱金属氧化物添加物Li_2O和烧成温度对低温一次烧成SrTiO_3陶瓷晶界层电容器介电性能和显微结构的影响。结果表明。Li_2O的加入量对液相烧结的进行和晶粒的生长有很大影响。具有一定特性的液相还能作为氧在晶界上迁移的通道,而有利于氧的挥发,促进晶粒的半导化,Nb_2O_5含量为0.1mol％左右时就能具有良好的效果。在液相特性不能满足晶粒生长要求的情况下,Nb_2O_5含量显著影响着晶粒的半导化程度。添加过多的Nb_2O_5会阻碍晶粒的生长。烧结温度对晶粒生长和材料的介电常数也有明显的影响,适当提高烧结温度能提高材料的介电常数。     

低温烧结SrTiO3陶瓷晶界层电容器材料的掺杂分析

借助于晶格常数的精确测定、透射电子显微镜及其电子衍射和X射线能谱分析,结合材料性能,对还原气氛中低温一次烧结的srTiO_2陶瓷晶界层电容器材料的掺杂状况进行了分析。结果表明Li~+不能进入srTiO_2晶格的填隙位置形成施主。在Nb_2O_5和Li_2O同时存在的情况下,也没有产生施主-受主相互补偿进入晶格的现象,而是Nb_2O_5进入晶格起施主作用使晶粒半导化,Ll_2O偏析在晶界上,与聚集在晶界上的SZO_2一起形成活性液相,促进烧结的进行,并形成复杂的锂硅酸盐化合物产生绝缘性的晶界,从而形成晶界层电容器的显微结构,这是能够在低温下一次烧成SrTiO_2陶瓷晶界层电容器材料的根本原因。     

一次低烧SrTiO3基晶界层电容器的研究

研究了以Ｌｉ２ＣＯ３为助烧结剂、Ｓｒ（Ｌｉ１／４Ｎｂ３／４）Ｏ３为施主掺杂剂、Ｂｉ２Ｏ３和ＳｉＯ２为晶界绝缘剂的ＳｒＴｉＯ３基晶界层电容器的一次低温烧成技术。初步探索了Ｔｉ／Ｓｒ比值、施主掺杂剂、绝缘剂对显微结构及介电性能的影响。在１１５０℃烧成温度下，获得了εａｐｐ〉３．５×１０＾４；ｐ〉１．０×１０＾１１Ω·ｃｍ；ｔｇδ〈１．０％；ΔＣ／Ｃ〈±５．０％（－２５￣＋８５℃）的ＳｒＴｉＯ３基晶界层     

Li2CO3助烧的SrTiO3基晶界层电容器的研究

本文研究了烧结助剂Li_2CO_3对SrTiO_3基晶界层电容器的显微结构的影响。结果表明,晶间存在Li_2O—TiO_2—SrO液相,并有LiTiO_2、Li_4TiO_4等多种微晶析出;该液相有利于CuO扩散形成高绝缘的中间相层;晶格常数的精确测定表明少量Li~+进入SrTiO_3的A位。在1200℃下烧结可获得∑app>9×10~4、tgδ<0.01、ρ>10~(10)Ω·cm、△C/C<±15％(-30℃～+85℃)的晶界层电容器。     

Ti／Sr比对SrTiO3晶界层电容器性能的影响

采用空气中一次烧成工艺，通过性能测定、SEM观察，研究了Ti/Sr与SrTiO3晶界层电容器材料试样的烧结性能、半导化、显微结构及介电性能之间的关系。结果表明，Sr过量试样的烧结及半导化过程与Ti过量的均有很大差异，这主要与烧成过程中液相量的规律有关。Ti/Sr比及烧成温度对试样的显微结构有明显影响，因而也影响了试样的介电性能。     

涂覆扩散型SrTiO3基陶瓷晶界叠加势垒模型

根据涂覆扩散型ＳｒＴｉＯ３基陶瓷的晶界结构特点，势扩散分布与压敏电压的关系，提出了两晶粒之间的ｎ－ｎ‘－ｉ－ｎ’－ｎ的物理模型以及晶界叠加势垒模型。以此模型推导晶势垒高度与扩散层深度的公式，对实验数据，晶界势垒高度及其在晶界的分布进行了模拟，其结果明确地说明了摭用层浓度增加，晶界势垒高度提高从而ＶｌｍＡ提高、并证明了叠加势垒模型比Ｓｃｈｏｔｔｋｙ势垒模型更加合理。     

晶界层电容器晶界重新绝缘化研究

试验了不同涂复材料对晶界层电容器晶界重新绝缘的作用,探讨了它们使晶界重新绝缘的机理和特点。不同的涂复材料在晶界重新绝缘过程中的作用不同,对晶界层电容器的性能有较大的影响。实验表明:涂复金属氧化物有利于提高材料的耐压性能。涂复PbO-Bi_2O_3-B_2O_3可改善材料的温度特性。涂复CuO可改善材料的频率特性。涂复PbO-Bi_2O_3-B_2O_3-CuO可使材料呈现良好的综合性能。     

SrTiO3基功能陶瓷的制备与特性研究

本文研究了气相扩散ＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯ－Ｂｉ２Ｏ３使ＳｒＴｉＯ３基陶瓷基片晶界绝缘化,气相扩散ＰｂＯ－Ｂｉ２Ｏ３制备的陶瓷综合性能优良。讨论了气相扩散ＰｂＯ－Ｂｉ２Ｏ３的工艺条件对半导化ＳｒＴｉＯ３基陶瓷的介电性能（ε）、介电损耗（Ｄ）、非线性系数（α）及电阻率（ρ）的影响,用ＳＥＭ和ＥＰＡ对微观结构进行了观察和分析,结果显示ＰｂＯ和Ｂｉ２Ｏ３主要集中在晶界附近。用ＳｒＴｉＯ３气相扩散法成功     

钛酸锶钡基高压陶瓷电容器材料的研究

钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3)材料既具有钛酸钡(BaTiO3)的高介电常数和低介质损耗,又具有钛酸锶(SrTiO3)结构稳定的特点,是非常理想的高压陶瓷电容器材料.本论文采用常规陶瓷电容器制备工艺,利用正交设计实验法研究了配方对Ba1-xSrxTiO3基高压陶瓷电容器介电性能的影响,得到了影响该系统陶瓷介电性能的主次因素以及各因素水平影响其性能的趋势,并讨论了Bi2O3·3TiO2、CaZrO3、Nb2O5和MgO改性添加物对材料性能的影响.通过正交实验得到了综合性能较好的钛酸锶钡基陶瓷配方,结果表明,在Ba1-xSrxTiO,(当x=0.4时)中加入8%Bi2O3·3TiO2、6%CaZrO3、0.6%Nb2O5和0.5%MgO时,其介电常数ε为3785、介质损耗tgδ为23×10-4、耐压强度Eb为11 kV/mm;而在Ba1-xSrxTiO3(当x=0.4时)中加入8%Bi2O3·3TiO2、10%CaZrO3、0.2%Nb2O5和1%MgO时,其ε为3416、tgδ为30×10-1、Eb为13.5 kV/mm.     

氧化温度对SrTiO_3晶界层电容器性能的影响

采用空气中一次烧成工艺,研究了氧化温度对SrTiO_3晶界层电容器试样的介电常数ε,绝缘电阻率ρ及介质损耗tgδ的影响;对试样进行了TEM分析,直接观察到存在于多个晶粒交汇处的Ti_nO_(2n-1)第二相;提出了不同氧化温度下的晶界结构模型,较好地解释了试样介电常数随氧化温度的降低而单调增大的变化规律。     

低损耗高压陶瓷电容器材料的研究Ⅱ——材料的介电性能

本对Sr-Ti-Bi系高压陶瓷电容器材料的介电性能进行了研究分析。结果表明在Sr-Ti-Bi系中加入一定量的添加剂,可以有效地提高高压陶瓷电容器材料的介电性能。获得了介电性能为：εr=2350;Eb=8.6KV/mm;tgδ=4×10^-4;ΔC/C（-25～ 85≤±11％;绝缘电阻R＝1．2×10^13Ω的介质陶瓷材料。     

氧化温度对空气中一次烧成SrTiO_3晶界层电容器的显微结构及电性能的影响

采用空气中的一次烧成工艺,研究了氧化温度对SrTiO_3.晶界层电容器试样的介电常数ε、绝缘电阻率p及介质损耗tgδ的影响;借助于TEM及STEM对试样进行了分析,观察到试样中有直线型和锯齿型两种不同类型的晶界及存在于多个晶粒交汇处的Ti_nO_(2n-1)第二晶相;提出了不同氧化温度下的晶界结构模型,较好地解释了试样介电常数随氧化温度的降低而单调增大的变化规律.