Zeldzame aardoxide in MLCC's

Als een cruciaal onderdeel van MLCC's spelen keramische diëlektrische materialen een doorslaggevende rol bij het bepalen van de prestaties van MLCC's. Met de snelle ontwikkeling van MLCC's in de richting van miniaturisatie, hoge capaciteit en dunne lagen, zijn er hogere technische eisen gesteld aan keramische diëlektrische poeders met hoge spanningsweerstand, hoge diëlektrische constante en hoge betrouwbaarheid. Zeldzame aardoxide worden veel gebruikt in keramiek, waaronder ceriumoxide, lanthanumoxide, neodymiumoxide, dysprosiumoxide, samariumoxide, holmiumoxide, erbiumoxide, enz. Het doten van keramiek met kleine of sporenhoeveelheden zeldzame aarden kan de microstructuur, fasecompositie, dichtheid, mechanische eigenschappen, fysisch-chemische eigenschappen en het sintergedrag van keramische materialen aanzienlijk veranderen. Daarom is modificatie door doten met zeldzame aardoxiden een van de manieren om hoogwaardige keramische diëlektrische poeders voor MLCC's te verkrijgen.

Als belangrijke dopingcomponenten in MLCC diëlektrische poeders kunnen zeldzame aardoxiden de betrouwbaarheid van MLCC's effectief verbeteren en zijn ze onmisbare grondstoffen bij de ontwikkeling van hoogwaardige keramische poeders voor MLCC's. Keramische poeders voor MLCC's worden voornamelijk ingedeeld in drie categorieën (Y5V, X7R en COG). X7R-materialen zijn de specificatie met de meest intense wereldwijde concurrentie en zijn ook een van de varianten met de hoogste marktvraag en het hoogste gebruik in elektronische apparatuur. Hun fabricageprincipe is gebaseerd op het modificeren van nano-schaal bariumtitanaat (BaTiO₃) keramisch materiaal.

Bariumtitanaat is een van de belangrijkste grondstoffen voor de productie van MLCC's. Het vertoont uitstekende piëzo-elektrische, ferro-elektrische en diëlektrische eigenschappen. Zuiver bariumtitanaat heeft echter een grote capaciteitstemperatuurcoëfficiënt, een hoge sintertemperatuur en relatief hoog diëlektrisch verlies, waardoor het ongeschikt is voor direct gebruik bij de productie van keramische condensatoren.

Onderzoek toont aan dat de diëlektrische eigenschappen van bariumtitanaat nauw verband houden met de kristalstructuur ervan. Door dopingmethoden toe te passen, kan de kristalstructuur van bariumtitanaat worden gecontroleerd, waardoor de diëlektrische eigenschappen worden verbeterd. Dit komt voornamelijk doordat gedoteerd fijnkorrelig bariumtitanaat een core-shell structuur vormt, die een belangrijke rol speelt bij het verbeteren van de temperatuurkarakteristieken van de capaciteit.

Het doten van zeldzame aarde-elementen in de bariumtitanaatstructuur is een van de methoden die worden gebruikt om het sintergedrag en de betrouwbaarheid van MLCC's te verbeteren. Onderzoek naar het doten van zeldzame aarde-ionen in bariumtitanaat dateert uit de vroege jaren 1960. De toevoeging van zeldzame aardoxiden vermindert de zuurstofmobiliteit, wat de diëlektrische temperatuurstabiliteit en elektrische weerstand van diëlektrische keramiek kan verbeteren, waardoor de productprestaties en betrouwbaarheid worden verbeterd. Veelgebruikte zeldzame aardoxiden zijn onder meer yttriumoxide (Y₂O₃), dysprosiumoxide (Dy₂O₃) en holmiumoxide (Ho₂O₃), onder andere.

De ionenstraal van zeldzame aarde-ionen heeft een cruciale impact op de positie van de Curie-piek in bariumtitanaat-gebaseerde keramiek. Doping met zeldzame aarde-elementen met verschillende stralen verandert de roosterparameters van kristallen met een core-shell structuur, waardoor de interne spanning binnen de kristallen verandert. Doping met zeldzame aarde-ionen met een grotere straal induceert een pseudo-kubische fase in het kristal en genereert restspanning erin. Omgekeerd produceert het introduceren van zeldzame aarde-ionen met een kleinere straal minder interne spanning en remt het faseovergangen in de core-shell structuur. Zelfs additieven die in kleine hoeveelheden worden gebruikt, de kenmerken van zeldzame aardoxiden (zoals deeltjesgrootte of -vorm) kunnen de algehele prestaties of kwaliteit van het product aanzienlijk beïnvloeden. Hoogwaardige MLCC's blijven zich ontwikkelen in de richting van miniaturisatie, een hoog aantal lagen, hoge capaciteit, hoge betrouwbaarheid en lage kosten. De meest geavanceerde MLCC-producten ter wereld zijn de nanoschaal binnengegaan. Als belangrijke dopingelementen moeten zeldzame aardoxiden een nanoschaal deeltjesgrootte en een goede poederdispergeerbaarheid bezitten.