Effects of processing conditions on electrical properties of cold sintered BaTiO3
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Masterarbeit
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Abstract
Die Notwendigkeit von Fortschritten bei der keramischen Sinterung ergibt sich aus der Tatsache, dass herkömmliche Sinterverfahren für eine wirksame keramische Verdichtung Temperaturen von über 1000°C erfordern. Darüber hinaus arbeiten die meisten neuartigen Verfahren immer noch mit Betriebstemperaturen über 700°C. Die Forschung konzentriert sich derzeit auf die Senkung der Sintertemperaturen, indem versucht wird, extrem niedrige Sintertemperaturen zu erreichen und gleichzeitig hervorragende Materialeigenschaften zu erhalten. Eine vielversprechende Alternative ist das Kaltsinterverfahren (Cold Sintering Process, CSP), das durch die Anwendung von externem Druck und einer chemisch aktiven, flüchtigen Flüssigphase das Sintern bei Temperaturen unter 300°C ermöglicht. CSP bietet erhebliche wirtschaftliche und technologische Vorteile, einschließlich eines geringeren Energieverbrauchs, schnellerer Verarbeitungszeiten und der Möglichkeit, einzigartige Verbundsysteme zu schaffen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Optimierung des CSP zur erfolgreichen Herstellung von kalt gesintertem Bariumtitanat (BaTiO3), einem wichtigen Material für keramische Vielschichtkondensatoren (Multilayer Ceramic Capacitors, MLCCs), die in der Unterhaltungselektronik, in Elektrofahrzeugen und in der Kommunikationstechnologie weit verbreitet sind. Durch die Optimierung der CSP-Parameter, einschließlich Druck, Flussmittelgehalt (unterschiedliche Gehalte an Wasser und Ba(OH)2·8H2O) und Heizrate, wurden in dieser Studie erfolgreich dichte BaTiO3-Proben mit einer feinen Mikrostruktur hergestellt, wobei Korngrößen von etwa 250 nm erreicht wurden. Das optische Erscheinungsbild der kaltgesinterten Proben wies in Abhängigkeit von den CSP-Verarbeitungsparametern erhebliche Unterschiede auf. Bei der Mikrostruktur wurde kein offensichtlicher Unterschied festgestellt. Die Proben wurden jedoch in drei verschiedene optische Kategorien eingeteilt: blau, hellblau und weiß. Eine mikrostrukturelle Analyse wurde mittels Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersiver Spektroskopie (EDS) durchgeführt. Die elektrische Charakterisierung des kaltgesinterten BaTiO3 wurde durch Messung der dielektrischen Eigenschaften, des spezifischen Widerstands und des ferroelektrischen Verhaltens durchgeführt. Zur Verbesserung und Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften wurden die Proben nach dem CSP bei 500°C, 850°C und 1200°C wärmebehandelt. Nach der Wärmebehandlung wiesen die Klassen deutliche Unterschiede in ihrem optischen Erscheinungsbild auf. Die Wärmebehandlung bei nur 500°C führte zu stabilen elektrischen Eigenschaften, die mit denen von herkömmlichem BaTiO3 vergleichbar sind, das bei höheren Temperaturen hergestellt wurde, wenn man den Korngrößeneffekt berücksichtigt. Die Wärmebehandlung bei 850°C erhöhte die dielektrischen Verluste und den elektrischen Widerstand. Bei 1200°C wurde eine Änderung der Mikrostruktur in Form von Kornwachstum (2 ¿m) beobachtet, was die elektrische Leistung entsprechend dem Größeneffekt verbesserte. Diese Forschungsarbeit trägt zur Entwicklung von CSP als praktikable Alternative für die Herstellung hochwertiger BaTiO3-Keramik bei, mit der Möglichkeit, den Sinterprozess zu verfeinern, um die gewünschten Eigenschaften des keramischen Endprodukts zu erreichen.
Details
Titel in Übersetzung | Auswirkungen der Verarbeitungsbedingungen auf die elektrischen Eigenschaften von kaltgesintertem BaTiO3 |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Gradverleihende Hochschule | |
Betreuer/-in / Berater/-in |
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Datum der Bewilligung | 18 Okt. 2024 |
Status | Veröffentlicht - 2024 |