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系統識別號 U0002-0608200721554900
中文論文名稱 BaTiO3-Bi1/2Na1/2TiO3系介電陶瓷材料之研究
英文論文名稱 The Study of the BaTiO3-Bi1/2Na1/2TiO3 Based Dielectric Ceramics
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 李豐穎
研究生英文姓名 Feng-Ying Li
學號 692180382
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-07-17
論文頁數 108頁
口試委員 指導教授-林諭男
委員-林大欽
委員-周振嘉
中文關鍵字 低介電溫度變化材料  BBNT  奈米尺寸鈦酸鋇  微波燒結 
英文關鍵字 less temperature-dependence dielectric constant material  BBNT  nano-size BaTiO3  microwave sintering 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 本論文主要以BaTiO3-Bi1/2Na1/2TiO3(BBNT)系統,進行低介電溫度變化材料的研究。在實驗中,先歸納出BBNT材料的基本性質及MgO與Y2O3共同添加的影響:BBNT材料的燒結溫度會隨著BNT在材料中所佔比例的增加有下降的趨勢。其介電常數也會下降,居禮溫度會往高溫區移動。MgO添加會造成居禮溫度往低溫移動的效果,Y2O3的添加會造成試片的致密性降低,燒結所需溫度提高。之後,我們改採用奈米尺寸鈦酸鋇粉末(nano BaTiO3),添加燒結助劑Ba0.6Ca0.4SiO3(BCSO),並以微波燒結(microwave sintering)。試片成分為(BaTiO3)0.925-(Bi1/2Na1/2TiO3)0.075 + MgO 2 mol% + Y2O3 1∼1.5 mol% + BCSO 3 mol%,在1050℃,1∼2小時的微波燒結下。可以得到小晶粒尺寸(約0.5μm)的微觀結構及平坦的介電隨溫度變化曲線。
英文摘要 In this thesis, we study the less temperature-dependence dielectric constant material by BaTiO3-Bi1/2Na1/2TiO3(BBNT) system. And conclude the basic properties of BBNT material and the inference of MgO and Y2O3: the sintering temperature of BBNT declines while the proportion of BNT increases. The dielectric constant of BBNT also decreases and its Curie peak shifts toward higher temperature. The effect of MgO shifts Curie peak toward lower temperature area. The effect of Y2O3 not only decreases the density of the bulk, but raises its sintering temperature requirement. Then we uses nano-size BaTiO3 powder. By adding sintering accelerant Ba0.6Ca0.4SiO3(BCSO) and applies microwave sintering, the content of the bulk consists of (BaTiO3)0.925-(Bi1/2Na1/2TiO3)0.075 + MgO 2 mol% + Y2O3 1~1.5 mol% + BCSO 3mol%. At 1050, and ℃microwave sintering for 1-2 hours, we get smaller grain size microstructure (about 0.5μm) and flatter curve of temperature-dependence dielectric constant.
論文目次 目錄....................................................Ⅰ
表目錄........................................Ⅳ
圖目錄..............................Ⅴ
第一章 序論..............................1
1.1 前言.......................................1
1.2 文獻回顧..............................2
1.2.1 鐵電性材料.......................2
1.2.2 低介電溫度變化之介電材料......................3
1.2.2.1 電容器定義及特性規範訂定..........................3
1.2.2.2 X7R與X8R規範低介電溫度變化介電材料...............4
1.3 Bi0.5Na0.5Tio3材料.............................6
1.4 研究動機及論文架構..............................6
第二章 實驗步驟......................21
2.1 試片製作.............................21
2.1.1 配粉..................................21
2.1.2 濕球磨..............................21
2.1.3 烘乾..................................22
2.1.4 過篩..................................22
2.1.5 煆燒..................................22
2.1.6 模壓成型.........................23
2.1.7 燒結..................................23
2.2 試片分析............................23
2.2.1 介電電性量測.................23
2.2.2 SEM微觀結構分析.......24
2.2.3 X-ray繞射分析及密度分析............................24
第三章 BaTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3(BBNT)介電材料基本性質及MgO與Y2O3共同添加的影響.................26
3.1 BBNT材料基本特性.........26
3.1.1 實驗結果及分析.............26
3.2 MgO與Y2O3共同添加對BBNT材料的影響....................28
3.2.1 實驗結果及分析.............28
3.3 BBNT(nano BaTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3 )添加MgO與Y2O3.......32
3.3.1 實驗結果及分析.............33
3.4 BBNT添加MgO、Y2O3與BCSO(Ba0.6Ca0.4SiO3).............35
3.4.1 實驗結果及分析.............35
3.5 微波燒結............................37
3.5.1 實驗結果及分析.............37
第四章 總結............................101
4.1 實驗總結..........................101
4.2 未來展望..........................102
參考文獻....................................106
表目錄

表1-1 ClassⅡ電容命名表 8
表2-1 試片製作使用之金屬氧化物粉末純度表 25
表3-1 BBNT系列試片起始成分配置表 40
表3-2 BBNT試片燒結條件與密度對照表 41
表3-3 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片起始成分配置表 42
表3-4 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片燒結條件與密度對照表 43
表3-5 BBNT075(nano BT+BNT)+MgO+Y2O3系列試片
起始成分配置表 44
表3-6 BBNT075(nano BT+BNT)+MgO+Y2O3系列試片燒結條件與密度對照表 45
表3-7 BBNT075+MgO+Y2O3+BCSO系列試片起始成分配置表 46
表3-8 BNT075+MgO+Y2O3+BCSO系列試片燒結條件與密度對照表 47
表3-9 MW系列試片燒結條件與密度對照表 48

圖目錄

圖1-1 鈣鈦礦結構在居禮溫度下離子相對位移示意圖 9
圖1-2 金屬平行導電板之電容示意圖 10
圖1-3 核-殼結構示意圖 11
圖1-4 Y2O3 添加對BaTiO3-Y2O3 系統 TCC(%)曲線圖 12
圖1-5 Y2O3 添加對BaTiO3-Y2O3 系統在還原氣氛下燒結密度關係圖
13
圖1-6 Y2O3 添加對BaTiO3-Y2O3 系統介電常數隨溫度變化圖 14
圖1-7 BaTiO3系統添加1.0 mol% Ni、0-4 mol% Nb之介電常數隨溫度變化圖 15
圖1-8 BaTiO3系統添加1.0 mol% Ni、0-4 mol% Nb之TCC(%)曲線圖
15
圖1-9稀土族元素添加於BaTiO3材料之TCC(%)曲線圖 16
圖1-10 Yb2O3添加於BaTiO3材料之TCC(%)曲線圖 17
圖1-11 Er2O3添加BaTiO3材料之TCC(%)曲線圖 18
圖1-12 Ho2O3添加BaTiO3材料之TCC(%)曲線圖 18
圖1-13 鈣鈦礦結構示意圖 19
圖1-14 BNT-BT-BKT三元相圖 20
圖3-1 BaTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3(BBNT)材料性質實驗流程圖 49
圖3-2 BBNT系列粉末煆燒後XRD成相分析圖 50
圖3-3 BBNT系列試片燒結後XRD成相分析圖 51
圖3-4 C軸/A軸值隨BNT添加量變化關係圖 52
圖3-5 BBNT系列試片介電常數隨溫度變化圖 53
圖3-6 居禮溫度隨BNT添加量變化關係圖 54
圖3-7 BBNT01試片SEM微觀結構造圖 55
圖3-8 BBNT03試片SEM微觀結構造圖 55
圖3-9 BBNT05試片SEM微觀結構造圖 56
圖3-10 BBNT10試片SEM微觀結構造圖 56
圖3-11 晶粒大小隨BNT添加量變化關係圖 57
圖3-12 BBNT075+MgO+Y2O3實驗流程圖 58
圖3-13 BBNT075+MgO+Y2O3系列粉末煆燒後XRD成相分析圖
(MgO 2mol%,950℃) 59
圖3-14 BBNT075+MgO+Y2O3系列粉末煆燒後XRD成相分析圖
(MgO 2mol%,975℃) 60
圖3-15 BBNT075+MgO+Y2O3系列粉末煆燒後XRD成相分析圖(MgO:1mol%,1000℃) 61
圖3-16 BBNT075+MgO+Y2O3系列粉末煆燒後XRD成相分析圖(MgO:3mol%,1000℃) 62
圖3-17 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片燒結後XRD成相分析圖 63
圖3-18 C軸/A軸值隨MgO添加量變化關係圖 64
圖3-19 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片介電常數隨溫度變化圖
(Y2O3添加量為0.5 mol%) 65
圖3-20 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片介電常數隨溫度變化圖
(Y2O3添加量為1.0 mol%) 65
圖3-21 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片介電常數隨溫度變化圖(MgO=1 mol%) 66
圖3-22 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片介電常數隨溫度變化圖(MgO=2 mol%) 66
圖3-23 BBNT075+MgO+Y2O3系列試片介電常數隨溫度變化圖(MgO=3 mol%) 66
圖3-24 BBNT075試片SEM微觀結構造圖(5000倍) 67
圖3-25 BBNT075試片SEM微觀結構造圖(10000倍) 67
圖3-26 M1Y05試片SEM微觀結構造圖 68
圖3-27 M1Y10試片SEM微觀結構造圖 68
圖3-28 M2Y05試片SEM微觀結構造圖 69
圖3-29 M2Y10試片SEM微觀結構造圖 69
圖3-30 M3Y05試片SEM微觀結構造圖 70
圖3-31 M3Y10試片SEM微觀結構造圖 70
圖3-32 晶粒大小隨MgO添加量變化關係圖 71
圖3-33 BBNT075(nano BT+BNT)實驗流程圖 72
圖3-34 BBNT075(nano BT+BNT)+MgO+Y2O3實驗流程圖 73
圖3-35 BNT粉末製作實驗流程圖 74
圖3-36 BNT粉末煆燒後成像分析圖 75
圖3-37 BBNT075-2S及nano BT+MgO+Y2O3粉末煆燒後XRD分析圖 76
圖3-38 BBNT075-2S及M2Y10~20-2S系列試片燒結後XRD分析圖 77
圖3-39 BBNT075(nano BT)+MgO+Y2O3系列試片介電常數隨溫度變化圖 78
圖3-40 BBNT075-2S試片SEM微觀結構造圖 79
圖3-41 M2Y10-2S試片SEM微觀結構造圖(1000倍) 80
圖3-42 M2Y10-2S試片SEM微觀結構造圖(5000倍) 80
圖3-43 M2Y15-2S試片SEM微觀結構造圖(1000倍) 81
圖3-44 M2Y15-2S試片SEM微觀結構造圖(5000倍) 81
圖3-45 M2Y20-2S試片SEM微觀結構造圖(1000倍) 82
圖3-46 M2Y20-2S試片SEM微觀結構造圖(5000倍) 82
圖3-47 BBNT075(nano BT+BNT)+MgO+Y2O3+BCSO實驗流程圖 83
圖3-48 BCSO粉末製作實驗流程圖 84
圖3-49 BNT075+MgO+Y2O3+BCSO系列粉末
煆燒後XRD分析圖 85
圖3-50 BNT075+MgO+Y2O3+BCSO系列試片
燒結後XRD分析圖 86
圖3-51 BNT075+MgO+Y2O3+BCSO系列試片介電常數隨溫度變化圖(Y2O3=1 mol%) 87
圖3-52 BNT075+MgO+Y2O3+BCSO系列試片介電常數隨溫度變化圖(Y2O3=1.5 mol%) 87
圖3-53 BNT075+MgO+Y2O3+BCSO系列試片介電常數隨溫度變化圖(Y2O3=2 mol%) 87
圖3-54 10-BC試片SEM微觀結構造圖(1100℃,2小時) 88
圖3-55 10-BC試片SEM微觀結構造圖(1050℃,2小時) 88
圖3-56 10-BC試片SEM微觀結構造圖(1200℃,2小時) 88
圖3-57 15-BC試片SEM微觀結構造圖(1100℃,2小時) 89
圖3-58 15-BC試片SEM微觀結構造圖(1050℃,2小時) 89
圖3-59 15-BC試片SEM微觀結構造圖(1200℃,2小時) 89
圖3-60 20-BC試片SEM微觀結構造圖(1100℃,2小時) 90
圖3-61 20-BC試片SEM微觀結構造圖(1050℃,2小時) 90
圖3-62 20-BC試片SEM微觀結構造圖(1100℃,2小時) 90
圖3-63 BC系列試片的晶粒大小隨燒結溫度變化圖 91
圖3-64 MW系列試片燒結後XRD分析圖 92
圖3-65 MW系列試片介電常數隨溫度變化圖(1050℃) 93
圖3-66 MW系列試片介電常數隨溫度變化圖(1100℃) 93
圖3-67 10-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,2小時)(3000倍) 94
圖3-68 10-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,2小時)(10000倍) 94
圖3-69 10-MW試片SEM微觀結構造圖
(1100℃,1小時)(3000倍) 95
圖3-70 10-MW試片SEM微觀結構造圖
(1100℃,1小時)(10000倍) 95
圖3-71 15-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,1小時)(3000倍) 96
圖3-72 15-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,1小時)(10000倍) 96
圖3-73 15-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,2小時)(3000倍) 97
圖3-74 15-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,2小時)(10000倍) 97
圖3-75 15-MW試片SEM微觀結構造圖
(1100℃,1小時)(3000倍) 98
圖3-76 15-MW試片SEM微觀結構造圖
(1100℃,1小時)(10000倍) 98
圖3-77 20-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,2小時)(3000倍) 99
圖3-78 20-MW試片SEM微觀結構造圖
(1050℃,2小時)(10000倍) 99
圖3-79 20-MW試片SEM微觀結構造圖
(1100℃,1小時)(3000倍) 100
圖3-80 20-MW試片SEM微觀結構造圖
(1100℃,1小時)(10000倍) 100
圖4-1 不同製程之BBNT材料介電常數隨溫度變化圖 104
圖4-2 不同製程之BBNT材料TCC(%)曲線圖 105
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論文使用權限
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