微波加热制备钛酸钡基介电陶瓷工艺及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

钛酸钡( batio₃，简称bto)基材料是重要的无铅铁电材料，因其具有优良的介电、压电、铁电性能而对环境无害，被广泛应用于微型电容器、铁电存储器等器件。而也正是因为它在室温下具有高的介电常数和低的介电损耗，是作为多层陶瓷电容器（multi-layer ceramic capacitors，英文缩写mlcc）的优良陶瓷介质材料。

1942年怀纳和索罗门发现钛酸钡陶瓷有异常的介电性能，立即被利用来做电容器材料。但由于batio₃在居里温区内介电常数对温度变化非常敏感，温度稳定性差，这极大地限制了batio₃ 在多层陶瓷电容器中的应用，为了改善其温度稳定性，人们对batio₃陶瓷尝试了多种改性方法，其中最重要的方法是通过对陶瓷晶粒进行掺杂改性，最终形成一种化学非均匀性的结构，这种结构被称为“核-壳”结构，“核-壳”结构的形成可以防止晶粒过分长大，因此这样的掺杂离子也可以作为晶粒抑制剂使用。另外，“核-壳”结构能明显改善batio₃基陶瓷的介电温度稳定性，并且控制晶粒核/壳的体积比可以调整介温特性曲线。目前用于制造这类大容量热稳定型mlcc的介质材料仍然是以nb、co 等氧化物掺杂batio₃形成“核-壳”结构为主。

一般形成“核-壳”的batio₃基陶瓷材料都是通过传统的固相法，在batio₃中加入不同的掺杂剂，利用不同掺杂离子之间扩散速率的差异来形成需要的“核-壳”结构，在制得粉体后，经成型、烧结而成陶瓷。其中，钛酸钡基陶瓷的烧结成瓷工艺可通过常规马弗炉烧结、微波烧结等实现。但钛酸钡陶瓷材料的常规固相烧结方式存在很多问题，常规烧结的样品结构孔隙率高，而高的孔隙率和均匀的粒径分布不利于提高钛酸钡“核-壳”材料的电性能。传统工艺受加热方法的限制，升温速度不能太快，保温时间不能太短，传统固相烧结保温时间长（一般需2h），“核-壳”的化学不均匀性难以形成或形成率不高，而微波烧结（一般只需10min-30min左右)在短时间加热条件下可以成瓷，避免了高温加热过程中的扩散，保证了“核-壳”结构的介电双峰结构，提高材料的介电稳定性。另外，传统烧结介质损耗因数偏大，微观结构的整齐度对其产生巨大的影响。传统烧结因热传导对升温起主要作用，在材料烧结中内部存在由外向内的温度梯度，使得材料各区域受热和温升存在较大差异，烧结过程不同步，烧结完成后晶粒度较粗大，规则性差，空隙缺陷较多，分布杂乱。

2. 研究的基本内容与方案

（1）基本内容

选择xbi(zn_0.5ti_0.5)o₃-(1-x)batio₃和xbialo₃-(1-x)batio₃两个体系，调整优化微波加热制备钛酸钡基介电陶瓷工艺，研究微波加热分别对两个体系不同组分的显微形貌、介电性能的影响，并且筛选出每个组分介电性能最佳的烧结温度，从两个体系中择优选择出某组分，掺入nd，形成“核-壳”结构，进行微波和常规烧结，通过各种技术手段对其形貌和性能进行表征。

（2）目标

3. 研究计划与安排

1.第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；

2.第4－8周：按照设计方案，制备不同体系组分的样品，进行微波加热以及性能测试确定每个组分介电性能最佳对应的烧结工艺，筛选钛酸钡基介电陶瓷体系；

3.第9－12周：在筛选出的组分中掺杂nd，进行微波和常规烧结，以期形成“核-壳”结构，并对两种方法制备的样品进行形貌和性能对比；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]曲远方.功能陶瓷的物理性能[m].北京:化学工业出版社,2006.

[2]于洋,王旭升,姚熹.微波烧结bazr_xti_1-xo₃陶瓷介电性能研究.功能材料[j]. 2013,1(44):111-118.

[3]ouyang xin, cao peng, huang saifang, zhang weijun, huang zhaohui et al. microwave-assisted synthesis of high dielectric constant cacu₃ti₄o₁₂from sol-gel precursor [j]. journal of electronic materials,2015,44: 2243-2249.