高純納米二氧化鈦在MLCC上的應(yīng)用

高純二氧化鈦（TiO2）具有特殊的介電常數(shù)和半導(dǎo)體性質(zhì)，是制備MLCC的關(guān)鍵材料之一。艾邦建有MLCC微信群，誠(chéng)邀MLCC生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)備、材料企業(yè)參與。

1、二氧化鈦的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

二氧化鈦分子式為TiO2，分子量79.9，是一種化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定的兩性氧化物。在常溫下幾乎不與其他化合物作用。二氧化鈦在自然界中有三種不同的晶型存在：金紅石、銳鈦礦和板鈦礦。

圖 金紅石、板鈦礦和銳鈦礦二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)

其中，金紅石和銳鈦礦是正方晶系，而板鈦礦屬斜方晶系，其轉(zhuǎn)變關(guān)系如下:

金紅石型電性能最好，介電常數(shù)大，介質(zhì)損耗小、是二氧化鈦?zhàn)顬榉€(wěn)定的晶體。其他晶型的二氧化鈦經(jīng)高溫處理都可轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型的二氧化鈦。銳鈦礦型在常溫下是穩(wěn)定的，但是在915℃時(shí)銳鈦礦型轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型，當(dāng)有Zn2+、Nb5+等離子存在時(shí)，這種轉(zhuǎn)變溫度會(huì)進(jìn)一步提高直到1200℃以上，才能完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型。板鈦礦型只存在于自然界的礦石中，數(shù)量不多，不能通過合成方法來制造，在工業(yè)上沒有實(shí)用價(jià)值。

電子級(jí)二氧化鈦與顏料二氧化鈦不一樣，電子級(jí)二氧化鈦要求純度高，其它指標(biāo)同樣也要求高。高純二氧化鈦（電子級(jí)）具有高純度、小粒徑以及優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，晶型為金紅石型，其介電常數(shù)和半導(dǎo)體性質(zhì)對(duì)電子工業(yè)非常重要，可以用于生產(chǎn)MLCC、PTC熱敏電阻、微波元件、壓電元件等電子元器件。

2、高純二氧化鈦在MLCC中的應(yīng)用

高純二氧化鈦在MLCC中主要用于制造陶瓷介質(zhì)層。通過電介質(zhì)陶瓷材料的不同，MLCC大致可分為種類1(溫度補(bǔ)償用)與種類2(高介電常數(shù)類)。

表 溫度補(bǔ)償用MLCC和高介電常數(shù)系MLCC

種類1的陶瓷是以二氧化鈦（TiO2）為基材的非強(qiáng)介電性陶瓷，其中多數(shù)含有添加物鈦酸鍶（SrTiO3）以及鈦酸鈣（CaTiO3）。種類1的陶瓷為中介電性（非強(qiáng)介電性），因此溫度穩(wěn)定性十分優(yōu)秀。此外，DC偏壓下靜電容量不會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)靜電容量也不會(huì)因老化發(fā)生變化。

種類2的陶瓷為強(qiáng)介電性，通常以鈦酸鋇（BaTiO3）為基材。相比種類1的陶瓷，其擁有極高的介電常數(shù)。但介電常數(shù)會(huì)因溫度、偏置電壓、老化而發(fā)生大幅變動(dòng)。陶瓷的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)隨溫度發(fā)生相變，因此介電常數(shù)會(huì)隨溫度發(fā)生大幅變化。此外，靜電容量也會(huì)因施加直流電壓（DC偏壓）或老化而降低。

圖 各類電容器的額定電壓-電容量的應(yīng)對(duì)范圍，來源：TDK

種類2的MLCC擁有大容量特點(diǎn)，但存在因溫度的變化導(dǎo)致電容量變化率大的缺點(diǎn)。而種類1的MLCC雖然無法達(dá)到高介電常數(shù)類產(chǎn)品的大容量，但由于溫度變化導(dǎo)致的電容量變化率較小，且由于頻率特性優(yōu)異，因此被用于對(duì)精度要求較高的電路等。

圖 MLCC結(jié)構(gòu)示意圖

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