現代社會人們對電子設備的需求越來越大，從而也使得電子元器件的小型化、高性能、高可靠性和低功耗得到了快速發展。其中，多層陶瓷電容器（MLCC）是非常重要的無源器件，被稱為現代電子工業的“大米”，廣泛應用于消費電子、工業、通信、汽車及軍工等領域，需求量巨大。

MLCC的結構示意圖(左）電路中的MLCC（右）

傳統MLCC內電極使用貴金屬鈀（Pd）或鈀銀（Pd/Ag）合金，但成本高昂。而鎳電極除成本較低外，還具有耐蝕性和耐熱性好，工藝穩定性高，電阻率相對較低，阻抗頻率特性好等優勢。因此，當前鎳電極漿料被廣泛應用于MLCC內電極。

但是在用鎳MLCC內電極燒制過程中存在重要技術問題:①鎳的氧化問題；②鎳電極與陶瓷的收縮不一致；③鎳電極與陶瓷面的互相滲透反應。

為了解決上述問題,業界目前常用的方式是在鎳粉顆粒表面包覆鈦酸鋇層,對鎳粉進行表面改性,以制備出適合多層陶瓷電容器內電極材料、具有良好的抗氧化性和燒結性能的Ni/BaTiO₃復合粉體。其工藝過程簡單,條件容易控制。

主要制備方法淺析

目前Ni/BaTiO₃復合粉體的制備方法主要有兩種，一種是機械混合，一種是化學合成，其中包括化學共沉淀法、溶膠-凝膠法、溶劑熱法等。

(1)機械混合

原理：將鎳粉與BaTiO₃粉體通過高能球磨機進行長時間機械混合，利用機械力使BaTiO₃顆粒“粘附”或“壓覆”在鎳粉表面。

優點：工藝簡單且成本低、產量大，是獲得復合粉體的快捷途徑。

缺點：獲得的復合粉體均勻性差；BaTiO₃粉體不一定對鎳粉完全包裹，包覆層不均勻、不牢固，多為物理吸附；球磨過程容易引入雜質。

(2)化學合成

化學合成法主要通過化學反應在鎳粒子表面生成一層BaTiO₃，獲得具有核殼結構的Ni/BaTiO₃復合粉體。

①化學共沉淀法

原理：根據配比配置金屬鹽溶液及沉淀劑，在機械攪拌作用下均勻混合溶液使各組分金屬離子共同沉淀生成組分均勻的前驅體，然后在高溫環境下熱處理得到樣品粉體。

優點：化學共沉淀法制備工藝簡單、成本低、易實現工業化生產，且各組分在溶液中分布均勻，可以精確控制各組分的化學計量比，有利于添加元素摻雜，同時獲得的樣品顆粒尺寸均勻。

缺點：煅燒過程中高溫易導致顆粒之間產生燒結黏連，產生顆粒團聚現象使產物的均勻性受到影響。

②溶膠-凝膠法

原理：以可溶性的金屬化合物為原料，在攪拌條件下使其水解縮聚形成穩定的透明溶膠體系，經陳化、聚合形成三維空間網絡結構的凝膠，并在干燥的條件

下得到干凝膠，將干凝膠進行燒結固化和研磨得到所需的樣品粉體。

優點：溶膠-凝膠法為濕化學合成方法，能夠在較短的時間內實現分子水平的均勻性，有利于殼層對磁性納米顆粒均勻包覆。

缺點：原料成本高、反應產率低、凝膠時間長等，且燒結過程導致納米粒子團聚嚴重且不易分離。

③溶劑熱法

原理：在水或有機溶劑的液體環境中，利用密閉的水熱反應釜提供高壓的反應環境，促使無機顆粒結晶。

優點：溶劑熱方法在反應過程中所需要的合成溫度低、能耗小，反應在液相環境下進行，可以獲得結晶度好、相純度高、顆粒團聚小的納米顆粒，有利于單顆粒包覆的核殼納米顆粒的制備。

缺點：反應過程中可能需要長時間的維持高壓的環境體系，導致溶劑熱法對設備的依賴性較大、技術難度大、安全性能相對較差，不利于工業化生產。

總結與展望

采用鈦酸鋇包覆納米鎳粉是制備高性能、低成本用鎳MLCC內電極材料的關鍵技術之一。在眾多方法中，化學共沉淀法和溶膠-凝膠法因其在效果與成本間的良好平衡，是目前研究和產業化的主流方向。

未來發展趨勢包括：

（1）工藝優化：開發新的表面改性劑和分散技術，從根本上解決均相成核和包覆不均的問題。

（2）新方法探索：如ALD粉末原子層沉積技術，基于自限制性的化學半反應，通過將目標反應拆解為若干個半反應，實現表面涂層的原子層級厚度控制。Forge Nano利用Atomic Armor(原子層盾甲）技術，可提供百噸至千噸級的粉末包覆方案。雖目前成本極高，但或許是未來超高端MLCC的解決方案。

應用ALD技術制備Ni/BaTiO₃復合粉體仍然存在工藝難點，需組合BaO和TiO₂兩種氧化物的復合工藝，且兩者溫度窗口不太匹配，成本較高。

圖3 ALD粉末原子層沉積技術工藝流程圖（左）圖4 ALD粉末原子層沉積設備（右）

（3）基礎機理研究：更深入地研究包覆界面在燒結過程中的演化行為，為材料設計提供理論指導。

總之，鈦酸鋇包覆納米鎳粉的制備是一個涉及材料、化學、工藝等多學科的綜合性技術，其突破對推動電子元器件的進步具有重要意義。

參考文獻

[1]李震睿,曾鵬,陶鍇.多層陶瓷電容器BaTiO₃材料的研究前景與展望[J].船電技術,2024,44(06):79-83.

[2]王文化.多層片式陶瓷元件用鎳復合粉體及其電極研究[D].華中科技大學,2015.

[3]任家凱.Ni_xCo_1-xFe₂O₄@BaTiO₃核殼納米顆粒的制備及其在磁介電彈性體中的應用[D].揚州大學,2024.

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