陶瓷电容器范文精选

摘要以Ti(OC4H9)4、Ba(NO3)2、Sr(NO3)2、Zr(NO3)4为原料，采用微波水热合成技术在较低的温度下合成出多层陶瓷电容器用Ba0.75Sr0.25Zr0.1Ti0.9O3纳米粉体。本文研究了反应温度、反应时间、pH值等因素对BSZT纳米粉体制备的影响机制，通过XRD、TEM、SEM等对粉体结构及形貌进行了表征。结果表明：在反应温度70℃、反应时间10min、pH≥14的条件下便可获得粒径只有60nm，分散良好且高结晶度的Ba0.75Sr0.25Zr0.1Ti0.9O3粉体，并初步探讨了微波水热合成纳米钛酸钡基陶瓷粉

1引言

多层片式陶瓷电容器（MLCC）广泛应用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。陶瓷介质材料是影响MLCC诸多性能的关键因素，即需要制备亚微米/纳米级钛酸钡基瓷料。因此，控制陶瓷介质材料的粒度、组成、结构，获得细晶、高性能的MLCC瓷料以满足大容量、超薄层的多层陶瓷电容器的要求是目前国内外广泛关注的问题。

制备钛酸钡基陶瓷粉体的传统方法是固相法，所制粉体纯度低、杂质含量高、组成不均匀、粒径大，不能满足高精密电子元件的需要。相对于固相法，水热法制备的粉体具有颗粒尺寸小、团聚少、粉体无须煅烧等优点。S・Wada[1]在120℃水热反应5h，制备了平均粒径为100nm的BaTiO3粉体，可见其反应条件非常高。微波加热法具有快速、均质与选择性的特点，其高穿透性与特定材料作用性，使原不易制作的材料，如良好结晶与分散性的纳米粉体粒子可经由材料合成设计与微波场作用来获得。

本文结合微波加热法升温速度快且分布均匀等特点，在较低的温度下水热合成得到了Ba0.75Sr0.25Zr0.1Ti0.9O3粉体，研究了粉体的结构、组成及微观形貌特征，并且探讨了微波水热法制备纳米BSZT粉体的影响因素以及微波液相下晶粒的形成机理。

2实 验

2.1 BSZT纳米粉体制备

本实验采用分析纯的钛酸四丁酯、硝酸钡、硝酸锶、硝酸锆、氢氧化钠为实验原料，以OP-10为表面活性剂。准确配制一定浓度的NaOH溶液，加热至80℃除去其中溶解的CO2。量取一定量的NaOH溶液于反应容器中，在磁力搅拌下滴加钛酸四丁酯，然后加入确定比例的Ba(NO3)2溶液、Sr(NO3)2溶液以及Zr(NO3)4溶液；接着加入一定量表面活性剂，调节反应溶液的pH值。充分搅拌后，移入上海新仪微波化学科技有限公司的MAS-3普及型微波炉中进行加热。到设置的温度点开始计时，反应完成后，静置、酸洗、水洗、醇洗后过滤，干燥得到BaTiO3粉体。

摘 要： 针对压电陶瓷定位系统中电容传感器故障对定位精度的影响，对使用扩展卡尔曼滤波（EKF）进行容错控制的方法进行了研究。以传感器采样电路故障和掉电故障为对象，对三阶轨迹规划算法下电容传感器的EKF滤波公式进行了分析，提出以离散化迭代计算的EKF代替传统的将非线性系统线性化的方法。在压电陶瓷定位系统实验平台上，使用激光干涉仪作为测量基准，在传感器采样电路故障和掉电故障的情况下，实现了500 μm行程，绝对精度小于3.5 μm，误差小于0.7%的定位控制。结果表明，基于EKF的电容传感器容错控制可以有效减小传感器故障引起的控制误差，增加压电陶瓷定位系统的鲁棒性。

关键词： 压电陶瓷； 电容传感器； 扩展卡尔曼滤波（EKF）； 容错控制

中图分类号： TN820.3?34 ；TP273+.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）21?0152?04

Fault tolerance control of capacitance transducer in

piezoelectric ceramic positioning system

GUO Jia?liang， LI Peng?zhi， LI Pei?yue

（State Key Laboratory of Applied Optics， Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， CAS， Changchun 130033， China）

Abstract： As the failure of capacitance transducer has a big impact on tracking accuracy of the piezoelectric ceramic positioning system， the methodology of using extended Kalman filter （EKF） to implement the fault tolerance control is investigated in this paper. Aiming at the sampling circuit failure and the power failure of the transducer， an EKF filtering formula of capacitance transducer under three?order trajectory planning algorithm is analysed. The method that the discrete iterative EKF algorithm is taken to replace the traditional method is introduced. Positioning control experiment is performed with the benchmark of the laser interferometer. The results indicate that the proposed method can achieve 0.7% maximum tracking errors， with the deviation of ±3.5 μm， in a stroke of 500 μm. The experimental results indicate that the fault tolerance control method based on EKF can the control error caused by transducer fault and increase the robustness of the piezoelectric ceramic positioning system.

1多孔陶瓷电容器失效特性仿真模拟计算

为了验证上节设计的多孔陶瓷电容器有限元仿真模型的有效性和可靠性，本节使用ABAQUS软件建立了多孔陶瓷电容器的数值仿真模型，并对利用温度和散热边界条件对其最大应力进行了数值仿真模拟。

1.1多孔陶瓷电容器仿真模型

ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS/CAE是ABAQUS进行操作的完整环境，在这个环境中，可提供简明，一致的界面来生成计算模型，可交互式地提交和监控ABAQUS作业，并可评估计算结果.本文建立的多孔陶瓷电容器的ABAQUS软件仿真模型，在模型中施加了温度边界条件，并设置了材料参数，为了分析更能真实的反映器件的结构，在模型中使用了粘聚力单元。

1.2失效特性计算结果

通过数值仿真模拟计算得到了应力和应变结果云图，通过对最大应力的分析可以实现电容器失效特性的仿真设计。表示通过ABAQUS有限元仿真模拟计算得到的应力变形图，由图可以看出，在热源作用下，在电容器的应力集中位置产生了明显的变形，为了直观显示最大应力，本文通过仿真计算得到了的应力云图。表示在电容器发热过程中的应力分布图，图中区域1（红色部分）表示应力最大位置，从区域1（红色）到区域5（蓝色）应力逐渐降低，由图可以看出，在电容器发热的位置应力比较大，但是还没有出现撕裂现象。随着电容器的持续发热，电容器变形逐渐增大，此时最大应力也逐渐增大，最终导致电容器撕裂。其撕开过程是由电极端部单元达到其强度而发生撕裂，并迅速扩展，直至整个路径完全撕开而使器件失效。表示开裂距离和最大应力的计算结果表，由表可以看出，在开裂距离为112μm时，最大应力出现了比较大的变化，当最大应力达到305.3MPa时开始急剧下降，其变换趋势图如图所示。表示开裂距离和最大应力的变化趋势，由图可以看出，在初始开裂距离为112μm之前应力没有发生变化，112μm之后应力发生了明显的变化，应力逐渐增大后又急剧降低，说明电容器发生了失效破坏。因此，在多孔陶瓷电容器的设计过程中需要充分考虑温度对电容器的影响，可以依据最大开裂距离来对电容器进行保护，避免电容器失效。

2结论

本文将数值仿真模拟方法引入到了电容器散热失效的仿真计算过程中，提出了一种新的电容器失效特性设计方案。依据有限元思想本文建立了二维多孔陶瓷电容器应力和传热数学模型，并将ABAQUS软件引入到了多孔陶瓷电容器的失效仿真计算过程中，通过计算得到了多孔陶瓷电容器的最大应力和应变的分布云图。为了得到多孔陶瓷电容器的临界应力点，本文对持续发热的电容器进行了仿真计算，得到了最大应力随开裂距离的变化趋势，为多孔陶瓷电容器的设计提供了技术参考。

【摘要】多层陶瓷电容器因其具有体积小、比电容高、绝缘电阻高及漏电流小、寿命长、可靠性高等优点，被广泛应用到信息、移动通讯、电子电器等领域。文章结合潮州三环集团在开发大容量产品过程遇到的问题，重点阐述了大容量多层片式陶瓷电容器及其高介瓷粉的制备方法，对电子信息产业研究具有非常重要的科学意义和实用价值。

【关键词】多层陶瓷电容器;高介瓷粉;制备方法

1.前言

多层片式陶瓷电容器（Multi-Layer Ceramic Capacitor英文缩写MLCC）是一种适合SMT表面贴装的片式电容器，几乎所有的电子整机都必须配套应用。特别是移动通信产品、计算机、数码相机、新一代数字化家电产品，对MLCC产品的需求量与日俱增，而且随着电子整机产品趋向于轻、薄、短、小和表面贴装技术的日益普及，MLCC的发展更具潜力。随着中国日益成为全球主要的电子信息产品制造基地，国内MLCC市场需求总量呈现快速增长态势，为国内MLCC企业的发展提供良好机遇。国内的企业，自主开发并制备高介瓷粉是实现大容量BME-MLCC的唯一途径，也是实现自身不断发展、满足客户需求、与提高与日韩产商竞争力的必经之路。

2.高介瓷粉制配方法、工艺

2.1 高介瓷粉配方的研发

为了满足大容量BME-MLCC产品的需求，本公司开发了介电常数约为4200的高介瓷粉配方，并且确保产品的低损耗、绝缘性、可靠性、耐久性等等性能。

2.2 高介瓷粉制备的工艺路线

摘要： 综述了近年来国内外对多层陶瓷电容器介质材料的研究进展及发展趋势，主要介绍了符合人类社会可持续发展和陶瓷电容器的发展趋势的无铅高温化体系，包括（Bi0.5Na0.5）TiO3，BiScO3-BaTiO3及（K0.5Na0.5）NbO3体系。

Abstract： Research progress and development trend of the dielectric materials of multilayer ceramic capacitor at home and abroad in recent years has been summed up， and lead-free high temperature system， including（Bi0.5Na0.5）TiO3， BiScO3-BaTiO3， and（K0.5Na0.5）NbO3 system， which accords with sustainable development of human society and the development trend of the ceramic capacitor is introduced.

关键词： 多层陶瓷电容器；介质材料；无铅高温化；研究现状

Key words： multilayer ceramic capacitor；dielectric materials；lead-free high temperature；research status

中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）29-0318-03

0 引言

多层陶瓷电容器（Multi-Layer Ceramic Capacitor，MLCC）又称为独石电容器（Mono Lithic Capacitor，MLC），是由电介质陶瓷薄膜和内电极相互交替重叠而成的一种新型片式元件。实际上，通常使用的MLCC是由很多单层陶瓷电容器并联组成的。其结构如图1所示[1]。由于具有高的电容量、低的介电损耗、高的抗击穿强度、优良的抗热震性和耐腐蚀性，目前，多层陶瓷电容器（MLCC）已经被广泛应用于广播电视、移动通信、测量仪器等电子设备中[2]。而随着科技的发展，越来越多的应用要求MLCC能够在极端的环境下正常工作[3-5]。比如在石油钻井、汽车工业和航天航空等领域，MLCC必须在极高的温度下工作。另外，这些MLCC还必须能够承受在这些极端环境下的剧烈冲击和震动。因此，MLCC面临着超微型化、超大容量、超薄型化和高可靠、低成本、环保化（无铅化）、宽温高稳定性等方面的技术竞争和挑战。为满足MLCC的竞争要求对其介质材料也提出了相应的要求，即高介电常数、低介质损耗、低的容温变化率、耐高温性和无铅性。

关于MLCC的研究进展综述报道已经比较多[6-8]，而对其介质材料研究进展及发展趋势的报道还比较少，本文对MLCC介质材料的研究进展进行综述，重点介绍高温MLCC介质材料并对MLCC介质材料的发展做出展望。

摘 要：面向应用的元器件检测方法是电子系统可靠性保证的重要方法。文中针对多层陶瓷电容器(MLCC)最主要的失效机理――热应力损伤，结合常用的热应力损伤检测方法的归纳总结，重点论述了基于噪声的应力损伤检测方法。

关键词：MLCC；热应力；检测方法

1 引言

多层陶瓷电容器(Multi-layer Ceramic Capacitors，MLCC)又被称为片式叠层电容器、独石电容器等，被广泛用于家电、电脑、手机、军工、航天等电子信息类领域，已经成为世界上用量最大、发展最快的一种片式元件[1]。近年来，国内MLCC的年市场需求量几乎都超过5000亿只。

MLCC起源于20世纪60年代，随着表面贴装技术的广泛应用，采用Ni贱金属内电极(Base Metal Electrode，BME)制备MLCC的工艺在90年代得到飞速发展，于21世纪初形成比较完善的贱金属内电极工艺，使MLCC制作成本下降了70%以上[2]。在小型化方面每两三年就出现一个新的规格，在容量方面则不断追求更薄介质和更高介质层数，使MLCC在近十年来不断推出更大容量的产品。我国MLCC起步较晚，MLCC生产技术和工艺相对落后，国产MLCC多数为低端产品[3]。由于国际上对我国进行知识产权技术封锁，国内自主研发技术还处于相对弱势，而商用MLCC特别是低成本MLCC的市场竞争越来越激烈，利用检测技术来提高MLCC产品的质量已成为一种必要的手段。

典型的MLCC多层介质结构由几百层陶瓷介质和金属电极交互叠加，高容量MLCC甚至可达上千层，由于陶瓷和金属电极的热膨胀系数不同，在热冲击、热循环等作用下，电极-介质接触界面很容易产生热应力，由此造成的损伤称为“热应力损伤”[4]。研究表明仅热冲击这一种热应力造成的失效就占总失效产品的25%左右[5，6]。由此可见，MLCC热应力损伤是一种重要的损伤模式。

因此，通过灵敏热应力损伤检测技术对存在热应力隐性失效的产品进行评估，可以保证MLCC的可靠性，具有重要的实用价值。本文对常见的热应力损伤检测方法进行总结和归纳，重点介绍课题组研究的基于噪声的元器件热应力损伤检测方法。

2 热应力损伤检测方法

摘要：给出了陶瓷扬声器系统的放大器解决方案。

关键词：音频；陶瓷扬声器；放大器；G类

如今的便携式设备需要更小、更薄、更省电的电子元器件。对于设计小巧的手机，动圈式扬声器成为了制造商能否生产出超薄手机的制约因素。在这一需求的推动下，陶瓷或压电扬声器迅速兴起，成为动圈式扬声器的替代方案。陶瓷扬声器能以超薄、紧凑的封装提供极具竞争力的声压电平(SPL)，具有取代传统的动圈式扬声器的巨大潜力。动圈式扬声器和陶瓷扬声器的区别如表1所示。

驱动陶瓷扬声器的放大器电路具有与驱动传统动圈式扬声器不同的输出驱动要求。陶瓷扬声器的结构要求放大器驱动大电容负载，并在较高的频率下输出更大的电流，同时保持高输出电压。

陶瓷扬声器的特性

陶瓷扬声器的生产工艺与多层陶瓷电容器类似，与动圈式扬声器相比，这种制造技术可以使扬声器厂商更加严格地控制扬声器的容差。严格的容差控制对于权衡扬声器的选择非常重要，也影响着不同生产批次产品音频特性的可重复性。陶瓷扬声器在驱动放大器端的等效阻抗可以近似为主要由一个大电容组成的RLC电路(图1)。在音频频率范围内，陶瓷扬声器通常呈现容性。扬声器的电容特性决定了其阻抗随频率的提高而降低。阻抗有一个谐振点，在这个频点扬声器的发声效率最高。

声压与频率及振幅的关系

陶瓷扬声器两端的交流电压导致扬声器内压电薄膜变形和振动，位移量与输入信号的幅度成正比。压电薄膜的振动使周围空气流动，从而发出声音。扬声器电压升高时，压电元件变形加剧，形成更大的声压，从而增加了音量。陶瓷扬声器制造商通常规定了扬声器的最大驱动电压，典型值15Vp.po。电压最大时陶瓷器件的偏移量达到极限。外加电压大干额定电压时不会导致声压升高，反而增加了输出信号的失真度。

压电陶瓷变压器是用铁电陶瓷材料经烧结、高压极化等工艺制造而成的一种新型电子变压器，其变压原理和结构完全不同于传统的电磁式变压器。

关于压电陶瓷变压器的研究始于20世纪50年代。美国G．E．Motorola Zenith公司的Rosen在1956年阐述了压电陶瓷变压器的基本工作原理，并成功地制备出长条形单片压电陶瓷变压器。但由于这种单片变压器使用的是压电性能较差的BaTiO3陶瓷材料，加上工艺不完善，升压比很低，成本又很高，故当时没有引起人们的重视。后来，随着PZT系、三元系和四元系等压电陶瓷材料的陆续出现，在20世纪70年代末和80年代初，压电陶瓷变压器开始进入实用化。从20世纪90年代末期开始，压电陶瓷变压器得到了蓬勃发展和比较广泛的应用。

1 压电陶瓷变压器的基本结构及工作原理

压电蜂鸣器和压电点火棒是人们较熟悉的两种压电陶瓷产品。压电蜂鸣器是利用压电陶瓷的逆压电效应工作的，给其加上电信号，压电陶瓷将产生振动而发出声音；压电点火棒是利用压电陶瓷的正压电效应工作的，给其加上机械压力，在点火棒两端即有高压产生。这两种器件的能量转换形式是电能与机械能之间的单向转换，而压电陶瓷变压器则是在同一压电陶瓷上同时利用正和逆的压电效应来进行工作的，即经过电能机械能和机械能电能的两次能量变换。压电陶瓷变压器输入端和输出端的振动模式是不同的，因此压电陶瓷变压器实际上是一种特殊的压电陶瓷换能振子。

压电陶瓷变压器按其形状、电极和极化方向不同而有各种结构，其中最简单和最为常用的是Rosen型单层长条形结构，如图1所示。

由该图可知，压电陶瓷变压器由两部分组成，其中左半部分的上下两面都有烧渗的银电极，沿厚度(即从上到下)方向极化，作为输入端，这部分称为驱动部分；右半部分的端头烧渗了银电极，沿长度方向(即从左到右)极化，作为输出端，这部分称为发电部分。当交变电压Uin加到压电陶瓷变压器的输入端时，只要交变电压频率与压电陶瓷的谐振频率一致，就会通过逆压电效应使变压器产生沿长度方向上的伸缩振动，使输入的电能转化为机械能；而发电部分通过正压电效应使机械能转换为电能，产生电压输出。实际上，压电陶瓷的左半部分相当于蜂鸣器，右半部分则类似于点火棒。图1所示的压电变压器的长度大于厚度，如果输入端为低阻抗，输出端为高阻抗，则为升压型变压器。这种变压器在几伏或几十伏的输入电压下，可以产生数千伏的输出。在空载状态时，压电变压器的开路升压比N为

当材料一定时，Qm、k31和k33均为常数，压电变压器的变压比N仅由L和t之比决定。由于QmL/t可以很大，因此可以制作升压比足够大的压电陶瓷变压器。

利用与图1所示的Rosen变压器相似的结构，可以制备如图2所示的压电陶瓷降压变压器。这种降压变压器是将图1中所示的发电部分作为驱动部分，将驱动部分作为发电部分。通过这种变换，发电部分的输入阻抗大于驱动部分的输出阻抗，致使输出电压降低，电流增加。

摘 要：本文针对工业用电子陶瓷材料的性能特点，研究了工业用电子陶瓷材料的应用领域，分析了工业用电子陶瓷材料的分类，并介绍了电子陶瓷产业加速研发新材料态势。同时，指出了工业用电子陶瓷技术的发展趋势。

关键词：电子陶瓷材料；分类；应用；发展趋势

1 前言

材料是人类生产和生活的物质基础，是人类进步与人类文明的标志。随着空间技术、光电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术的出现、发展，要求材料必须具有耐高温、抗腐蚀、耐磨等优越的性能，才能在比较苛刻的环境中使用。传统材料难以满足目前的要求，因此，开发和有效利用高性能材料已经成为材料科学发展的必然趋势。

2 工业用电子陶瓷材料的分类

电子陶瓷按功能和用途可以分为五类：绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和离子陶瓷。绝缘装置瓷简称装置瓷，具有优良的电绝缘性能，用作电子设备和器件中的结构件、基片和外壳等的电子陶瓷。电子陶瓷按特性可分为高频和超高频绝缘陶瓷、高频高介陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、光电陶瓷、电阻陶瓷等。按应用范围可分为固定用陶瓷、电真空陶瓷、电容器陶瓷和电阻陶瓷。按微观结构可分多晶、单晶、多晶与玻璃相、单晶与玻璃相。

（1） 陶瓷基片材料

陶瓷基片材料在电子陶瓷中，占有最重要位置的是绝缘体。特别是高级集成电路用绝缘基片或封装材料，可以采用尺寸精度为微米或微米以下的高纯度致密氧化铝烧结体。高纯度致密氧化铝具有金属材料所不具备的绝缘性和高分子材料所不具备的导热性。

摘要　本文简述现代技术陶瓷最新研究、发展动态以及在实际中的应用，其中包括结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷三个部分。此外对厦门大学材料系在现代技术陶瓷方面的研究和进展作了简介。

陶瓷材料一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末(如黏土、高岭土等)为原料生产的产品。因为原料的成分混杂和产品的性能波动大，仅用于餐具、日用容器、工艺品以及普通建筑材料(如地砖、水泥等)，而不适用于工业用途。现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能，通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料，主要用于高温和腐蚀介质环境，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。下面对现代技术陶瓷三个主要领域:结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷作一简单介绍。

一、结构陶瓷

同金属材料相比，陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3)，因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类;氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷

主要包括氧化铝、氧化错、莫来石和钦酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题，原料价格低廉，生产工艺简单。氧化铝和氧化错具有优异的室温机械性能，高硬度和耐化学腐蚀性，主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高，机械性能显著降低。氧化铝和氧化错主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平，但它在1400℃仍能保持这一强度水平，并且高温蠕变速率极低，因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹，因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低，无法单独作为受力元件，所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件，并已在陶瓷发动机上得到应用。

2、非氧化物陶瓷

主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同，非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起，因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力，并且能把这些性能的大部分保持到高温，这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难，必须在极高温度（1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品，有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(＞95%)，所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。