功能陶瓷材料简介

       功能陶瓷是以电、磁、声、光、热和力学等信息的转换、耦合、存储和检测为主要特征的介质材料，主要包括铁电、压电、介电、热释电和磁性等功能各异的新型陶瓷材料。它是电子信息、集成电路、移动通信和能源开发等现代高新技术领域的重要基础材料。功能陶瓷及其新型电子元器件对信息产业的发展和综合国力的增强具有重要的战略意义。

       电子信息技术的集成化和微型化发展趋势，推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄型、多功能和高可靠的方向发展。功能陶瓷元器件多层化、片式化、集成化、模块化和多功能化以及高性能低成本是其发展的总趋势。铁电压电陶瓷是功能陶瓷领域的主流材料，应用十分广泛。本文着重介绍我们课题组在新型铁电压电陶瓷及其片式元器件应用研究的部分新进展。

铁电陶瓷及其高性能片式元器件

       多层片式陶瓷电容器（MLCC）是一种量大面广的重要电子元器件，世界市场年销售数千亿只，广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。大容量、高可靠、薄层化、低成本等是MLCC发展的主要方向。MLCC是陶瓷介质材料、相关辅助材料以及精细制备工艺相结合的高技术产品。陶瓷介质材料是影响MLCC诸多性能的关键因素。钛酸钡铁电陶瓷是MLCC技术中采用的主流材料。它在居里点附近虽然有较高的介电常数，但其温度变化率也较大。温度稳定型X7RMLCC是一种有广泛而重要用途的片式元件。如何保证高介电常数与低容温变化率兼优是一个技术难题。研究结果表明，采用Nb205和Co304等复合掺杂，控制烧结过程以形成化学成分不均匀的“芯（铁电相）一壳（顺电相）”结构，所制备的钛酸钡基X7R502MLCC材料的室温介电常数可达5000左右，室温介电损耗<1%，电阻率为1013Qycm，击穿场强5kV/mm，容温变化率≤士10%。它为制备高可靠大容量X7RMLCC提供了关键新材料。

       发展新一代超薄型大容量贱金属内电极MLCC对陶瓷材料和制备工艺提出了许多科学和技术问题。

MLCC的层厚由原来的几十微米降到几微米，甚至1~3um。这对陶瓷介质材料的晶粒尺寸及微观结构的控制提出更高要求，即需要制备亚微米/纳米晶钛酸钡陶瓷。

       采用Ni贱金属内电极(Base Metal Electrode,BME)制备MLCC，必须研制抗还原钛酸钡陶瓷介质材料。由于Ni/NiO的平衡氧分压很低，Ni电极在氧化气氛中烧结极易氧化而失去电极作用。解决钛酸钡陶瓷在低氧分压气氛烧结而不被还原的缺陷化学原理为BMEMLCC的实用化和产业化提供了理论与技术指导。近年来，BMEMLCC的产业化规模及其在片式多层陶瓷电容器的市场占有率不断增大，应用于高端产品的材料和技术仍是当前BMEMLCC的研究热点和难点。采用高品质钛酸钡粉体和受主、施主以及稀土掺杂，通过独特的两段法烧结工艺，制备了高性能亚微米晶钛酸钡X7R（302)抗还原瓷料。陶瓷晶粒100~400nm，室温介电常数2000~3600，击穿场强10kV/mm，绝缘电阻率为1012Qycm，容温变化率≤士12%，室温介电损耗<0.8%。所研制的X7R302亚微米晶（300nm）贱金属MLCC具有细晶、高介电常数和高的耐压特性，为新一代高性能BMEMLCC薄层化、微型化提供了关键材料与技术。