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功能陶瓷材料簡介
功能陶瓷是以電、磁、聲、光、熱和力學等信息的轉換、耦合、存儲和檢測為主要特征的介質材料，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等現代高新技術領域的重要基礎材料。功能陶瓷及其電子元器件對信息產業的發展和綜合國力的增強具有重要的戰略意義。
電子信息技術的集成化和微型化發展趨勢，推動電子技術產品日益向微型、輕量、薄型、多功能和高可靠的方向發展。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低成本是其發展的總趨勢。鐵電壓電陶瓷是功能陶瓷領域的主流材料，應用十分廣泛。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用研究的部分新進展。
鐵電陶瓷及其高片式元器件
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，世界市場年銷售數千億只，廣泛用于電子信息產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發展的主要方向。MLCC是陶瓷介質材料、相關輔助材料以及精細制備工藝相結合的高技術產品。陶瓷介質材料是影響MLCC諸多的關鍵因素。鈦酸鋇鐵電陶瓷是MLCC技術中采用的主流材料。它在居里點附近雖然有較高的介電常數，但其溫度變化率也較大。溫度穩定型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與低容溫變化率兼優是一個技術難題。研究結果表明，采用Nb205和Co304等復合摻雜，控制燒結過程以形成化學成分不均勻的“芯（鐵電相）一殼（順電相）”結構，所制備的鈦酸鋇基X7R502MLCC材料的室溫介電常數可達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%。它為制備高可靠大容量X7RMLCC提供了關鍵新材料。
發展新一代超薄型大容量jian金屬內電極MLCC對陶瓷材料和制備工藝提出了許多科學和技術問題。
MLCC的層厚由原來的幾十微米降到幾微米，甚至1~3um。這對陶瓷介質材料的晶粒尺寸及微觀結構的控制提出高要求，即需要制備亞微米/納米晶鈦酸鋇陶瓷。
采用Nijian金屬內電極(Base Metal Electrode,BME)制備MLCC，必須研制抗還原鈦酸鋇陶瓷介質材料。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而不被還原的缺陷化學原理為BMEMLCC的實用化和產業化提供了理論與技術指導。近年來，BMEMLCC的產業化規模及其在片式多層陶瓷電容器的*不斷增大，應用于高duan產品的材料和技術仍是當前BMEMLCC的研究熱點和難點。采用高鈦酸鋇粉體和受主、施主以及稀土摻雜，通過*的兩段法燒結工藝，制備了高亞微米晶鈦酸鋇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、高介電常數和高的耐壓特性，為新一代高BMEMLCC薄層化、微型化提供了關鍵材料與技術。