钛酸钡是主要的铁电陶瓷材料，其最主要的用途之一是利用它的高介电常数 制作多层陶瓷电容器。近年来，随着水热法合成BaTiO3技术的成熟，发展高性 能多层陶瓷电容器(MLCCs)有了长足的进步。这是因为要提高电容器的容积系 数，关键是降低介质层的厚度，电极间原则上要求有10个或更多颗粒边界才能 完全保证好的可靠性，这就需要介质的晶粒要尽可能的小，而水热合成的BaTiO3 具有较细颗粒的优点。这同时也迫切要求研发以水热法钛酸钡为基础的符合EIA 标准的电容器陶瓷介质材料。 贱金属内电极多层陶瓷电容器(BME-MLCCs)经过四十年的发展，目前已 成为多层陶瓷电容器的主流。钛酸钡的缺陷化学是发展BME-MLCCs的理论基 础，利用该理论研发抗还原的钛酸钡基介质陶瓷组成，使钛酸钡基介质陶瓷与镍 内电极能够在还原性气氛中共烧。钛酸钡缺陷化学研究表明：通过受主掺杂可使 电导率转变点移到可能最低的P(O2)值，电容器就可以在还原程度足以达到保持 镍的金属性的气氛条件下进行烧结，同时仍保持是一绝缘体。二价或三价离子部 分进入B位进行替代可产生抗还原性组成，对于Ca，Ho等较大半径的离子，可 对Ba/Ti比值进行控制，使这些离子进入Ti位。 本文首先研究了水热法钛酸钡的性能特点。国产水热法钛酸钡的介电性能劣 于日本生产水热法钛酸钡的介电性能，主要是因为原始钛酸钡粉体的颗粒形貌不 同：日本生产的水热法钛酸钡颗粒棱角分明，而国产的两种水热法钛酸钡颗粒圆 化非常严重。颗粒圆化的原因可能是水热反应的温度过高，保温时间过长，或者 碱性过强。在烧结过程中，颗粒的棱角将会首先参与固相反应，加速颗粒的扩散 过程，同时降低材料的烧结温度，因此，没有圆化的颗粒烧结活性好，烧结温度 低。然而圆化的颗粒将减慢颗粒间的扩散过程，使材料的烧结温度升高。 鉴于电子陶瓷发展的历史和现状(大都为经验积累配方)，电子配方研究涉 及的问题比较复杂，本文尝试了有一定理论指导思想，同时具有相对简单体系的 配方探索研究。本文配方探索研究的指导思想为：首先估计哪些元素会对钛酸钡 体系有作用，然后把对该体系有作用的A位替代元素(Bi，Pb)、B位替代元素(Sn， Zn，Li，W, Nb)有机地组合成复合钙钛矿结构进行复合取代，分别研究这些体系的 组成-结构-性能的关系。通过对钛酸钡的多个固溶体系的组成、结构、性能进行 研究，研发出两种具有实用价值的Ⅱ类陶瓷电容器X7R介质：它们的相对密度 都在95％以上，电阻率为1013数量级，在-55℃～+125℃范围内TCC小于±15％， 介电损耗小于2％，其中一种配方的介电常数为2500左右，另一种配方的介电常 数为2000左右。 对优选出来的其中一种Ⅱ类X7R材料(介电常数为2500)制成器件，研究 了该材料对多层陶瓷电容器制作工艺的适应性，以及其与内电极材料的配套性问 题。总的说来，该材料对多层陶瓷电容器制作工艺的适应性以及其与内电极材料 的配套性都较好，做成器件后：介电常数有所增加，可达2800左右，介电损耗 也稍有增大，但基本上小于2.5％；器件的电容温度特性相对于材料来说变化不 大，在-55℃～+125℃范围内TCC基本上小于±15％；该器件的谐振频率为 6.4MHz。 通过对Ba/Ti比大于等于1，B位受主掺杂的四种固溶体系的组成、结构、 烧结气氛、性能进行研究，研发出一种具有实用价值的抗还原的Ⅱ类X7R陶瓷 材料和一种具有实用价值的Ⅳ类陶瓷电容器X8R介质。Ⅱ类X7R陶瓷材料的 性能特点：在氮气中烧结后的相对密度可达96％，电阻率达1011Ω cm，在氮氢 混合气中电阻率值更大，几乎可达1012Ω cm。介电常数的大小为1500左右，介 电损耗只有1％，在-55℃～+125℃范围内TCC小于±15％。Ⅳ类陶瓷电容器 X8R介质的性能特点：相对密度可达97％，电阻率达109Ω cm。在0.1V的测试 电压下，介电常数为30万左右，介电损耗为5％左右，在-55℃～+150℃范围 内TCC小于±15％。 关键词：钛酸钡，水热法，多层陶瓷电容器(MLCCs)，EIA标准，Ⅱ类X7R陶 瓷介质，Ⅳ类X8R陶瓷介质，贱金属内电极多层陶瓷电容器(BME-MLCCs)， 缺陷化学，受主掺杂，Ba/Ti摩尔比