X8R 稳定型钛酸钡基陶瓷的制备与研究

柳亚然

1

实验进展实验一

铌锰小料性能验证实验

XRD 测试，分析主晶相

20 30 40 50 60 70 800

500

1000

1500

2000

2500

3000

Inte

nsit

y

2-Theta()

NiNb2O

6

20 30 40 50 60 70 800

500

1000

1500

2000

2500

Inte

nsit

y

2-Theta()

MnNb2O

6

Nb4O

5

Fig.1. XRD patterns of a) niobium nickel compounds and b) niobium manganese compounds sintered at 1000℃

经 1000℃ 煅烧后，衍射谱图已经完全形成了 NiNb2O6 与 MnNb2O6 晶体的衍射峰，特征衍射峰强且尖锐，说明1000℃ 合成产物的晶型比较完善，已经形成了对称性较好、晶格完整的先驱体晶体，但合成的铌锰小料中出现第二相Nb4O5

• 体积电阻率• 绝缘强度

电学性能

• D=Ф35±5• h=1.5±0.2

尺寸指标 • Ф45• 压力：

20MPa 左右

制样项目指标：ρv ≥10^11Ω·cmEb≥7kV/mm

公司性能：ρv 待测 Eb≥8kV/mm

实验二X8R 瓷料性能实验

压制Ф45圆片，进行电学性能测试

2

球磨玻璃配方

以 g 配方为基础

10#GФ2 2h

Ф2 4h

MC-G2Ф5 4h

Ф5 8h

实验进展

实验三不同磨球的对比实验以 g 配方为基础，进行不同

磨球以及不同玻璃的对比实验

球磨时间

成型压力

烧结曲线

Fig.1. Dielectric properties of the X8R samples with different pressure and different milling time sintered

at 1150℃

-50 0 50 100 1501700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

Temperature/C

4h-4MPa 4h-6MPa 8h-2MPa 8h-4MPa 8h-6MPa

-50 0 50 100 150-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

c/c

-%

Temperature/C

X8R window

4h-4MPa 4h-6MPa 8h-2MPa 8h-4MPa 8h-6MPa

分析：球磨 4h 时，不同的成型压力对陶瓷介电性能影响不显著；球磨 8h 时，成型压力主要使介温曲线产生纵向的变化，

随着成型压力增大，介温曲线向下偏移，压峰作用明显。

分析：不同的球磨时间使介温峰形状发生明显的变化，球磨时间由 4h 增大到 8h 时，在 50℃ 附近介电峰增强，居里峰向高温移动，电容量变化率随温度的变化曲线变得更加平坦，负温区、高温区的变化率均变小，但室温介电常数稍微下降。

MC-G2 玻璃实验

球磨4h

球磨8h

Fig.2. Dielectric properties of the X8R samples with different milling time sintered at different curve at 1150℃

-50 0 50 100 1501700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

Temperature/C

3.5-1-1-4h 3.5-1-1-8h 3-3-3-4h 3-3-3-8h

-50 0 50 100 150-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

3.5-1-1-4h 3.5-1-1-8h 3-3-3-4h 3-3-3-8h

c/c

-%Temperature/C

分析：当烧结曲线为 1# 时，球磨时间使介温曲线的纵向移动，当球磨 8h 时，介温峰明显向下偏移；当烧结曲线为 2# 时，球磨时间对其影响不大，球磨8h 时，其介温曲线比球磨 4h 的平缓；球磨 4h 时，烧结曲线对其介温曲线影响不显著；球磨 8h 时，介温曲线有明显的纵向移动。

MC-G2 玻璃实验

总结： 添加 MC-G2 玻璃的实验，整体来看，其室温介电常数偏低，大约为 2100 ，电容量随温度的变化率在高温区比较小。球磨时间为 4h时，其介电性能对成型压力及烧结曲线均不太敏感，没有显著差异；当球磨时间延长到 8h 时，介电性能随成型压力及烧结曲线的变化很大，增大成型压力，使介温曲线向下偏移，延长保温时间，使介电常数显著提高。另外，延长球磨时间，使居里峰向高温移动。因此，可以延长球磨时间，再通过调节烧结曲线（延长保温时间 / 退火等），来改善介温曲线，进一步提高介电性能。

MC-G2 玻璃实验

小锆球实验

-50 0 50 100 1501600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

Temperature/C

2-2h 2-4h

-50 0 50 100 150

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

2-2h 2-4h

c/c

-%

Temperature/C

X8R window

Fig.1. Dielectric properties of the X8R samples with different milling time sintered at 1150℃

分析：用 Ф2 锆球球磨时，球磨时间对介温性能影响很大，延长球磨时间，使介温曲线明显向下偏移，且对居里峰的压抑作用十分明显，居里峰几乎消失，另外，延长球磨时间，使居里峰略微向高温移动。

总结： 使用 Ф2 锆球实验，整体来看，其室温介电常数偏低，大约为 2500 ， Ф2 锆球球磨，对居里峰有明显的压抑作用，并使居里峰略微向高温移动，此作用类似于本实验室 X8R 体系， CaZrO3 所起的作用。另外，使用小锆球可以提高球磨效率，减少球磨时间。

实验总结

Ф2 锆球实验减少球磨时间 Ф2 锆球实验减小 CaZrO3 添加量 10#G-MC-G2 实验延长球磨时间 （通过两种玻璃的配合，以及球磨时间的调整，有望提高其温度稳定性，提升介电性能。）

球磨

球磨时间

成型

成型压力

烧结

烧结曲线

最佳

介电性能

Table1. Dielectric properties of the X8R samples sintered at different curve

实验四送样准备

用第二批 X8R 大料，进行相关工艺，制备圆片

编号参数

注： Ф10-4MPa ：直径为 10mm ，成型压力 4MPa依次类推

　室温 -20℃ △C/C(20℃)-%

tanθ ε -55℃ 125℃ 140℃ 150℃ 150℃-20min

Ф10-4MPa 0.907 2796 -10.9 7.3 3.5 -13.9 -15.1

Ф10-4MPa 0.932 2838 -11.0 5.8 2.9 -14.0 -15.3

Ф20-4MPa 0.992 2857 -11.6 6.8 3.5 -14.4 -16.2

Ф10-3MPa 0.884 2815 -10.1 8.2 7.1 -11.4 -12.7

通过调节烧结温度和保温时间 ，有效提高陶瓷的

介电性能

1# 1180℃

3# 1150℃

性能：ε25℃ ： ~3960tgδ ：≤ 0.8%ΔC/C 25 ℃ ：≤ 12%

配方：BaTiO3+K0.5Na0.5NbO3+Li-Ti-Si-O(sol-gel) (solid-state) （ sol-gel ）