现代社会人们对电子设备的需求越来越大，从而也使得电子元器件的小型化、高性能、高可靠性和低功耗得到了快速发展。其中，多层陶瓷电容器（MLCC）是非常重要的无源器件，被称为现代电子工业的“大米”，广泛应用于消费电子、工业、通信、汽车及军工等领域，需求量巨大。

MLCC的结构示意图(左）电路中的MLCC（右）

传统MLCC内电极使用贵金属钯（Pd）或钯银（Pd/Ag）合金，但成本高昂。而镍电极除成本较低外，还具有耐蚀性和耐热性好，工艺稳定性高，电阻率相对较低，阻抗频率特性好等优势。因此，当前镍电极浆料被广泛应用于MLCC内电极。

但是在用镍MLCC内电极烧制过程中存在重要技术问题:①镍的氧化问题；②镍电极与陶瓷的收缩不一致；③镍电极与陶瓷面的互相渗透反应。

为了解决上述问题,业界目前常用的方式是在镍粉颗粒表面包覆钛酸钡层,对镍粉进行表面改性,以制备出适合多层陶瓷电容器内电极材料、具有良好的抗氧化性和烧结性能的Ni/BaTiO₃复合粉体。其工艺过程简单,条件容易控制。

主要制备方法浅析

目前Ni/BaTiO₃复合粉体的制备方法主要有两种，一种是机械混合，一种是化学合成，其中包括化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂热法等。

(1)机械混合

原理：将镍粉与BaTiO₃粉体通过高能球磨机进行长时间机械混合，利用机械力使BaTiO₃颗粒“粘附”或“压覆”在镍粉表面。

优点：工艺简单且成本低、产量大，是获得复合粉体的快捷途径。

缺点：获得的复合粉体均匀性差；BaTiO₃粉体不一定对镍粉完全包裹，包覆层不均匀、不牢固，多为物理吸附；球磨过程容易引入杂质。

(2)化学合成

化学合成法主要通过化学反应在镍粒子表面生成一层BaTiO₃，获得具有核壳结构的Ni/BaTiO₃复合粉体。

①化学共沉淀法

原理：根据配比配置金属盐溶液及沉淀剂，在机械搅拌作用下均匀混合溶液使各组分金属离子共同沉淀生成组分均匀的前驱体，然后在高温环境下热处理得到样品粉体。

优点：化学共沉淀法制备工艺简单、成本低、易实现工业化生产，且各组分在溶液中分布均匀，可以精确控制各组分的化学计量比，有利于添加元素掺杂，同时获得的样品颗粒尺寸均匀。

缺点：煅烧过程中高温易导致颗粒之间产生烧结黏连，产生颗粒团聚现象使产物的均匀性受到影响。

②溶胶-凝胶法

原理：以可溶性的金属化合物为原料，在搅拌条件下使其水解缩聚形成稳定的透明溶胶体系，经陈化、聚合形成三维空间网络结构的凝胶，并在干燥的条件

下得到干凝胶，将干凝胶进行烧结固化和研磨得到所需的样品粉体。

优点：溶胶-凝胶法为湿化学合成方法，能够在较短的时间内实现分子水平的均匀性，有利于壳层对磁性纳米颗粒均匀包覆。

缺点：原料成本高、反应产率低、凝胶时间长等，且烧结过程导致纳米粒子团聚严重且不易分离。

③溶剂热法

原理：在水或有机溶剂的液体环境中，利用密闭的水热反应釜提供高压的反应环境，促使无机颗粒结晶。

优点：溶剂热方法在反应过程中所需要的合成温度低、能耗小，反应在液相环境下进行，可以获得结晶度好、相纯度高、颗粒团聚小的纳米颗粒，有利于单颗粒包覆的核壳纳米颗粒的制备。

缺点：反应过程中可能需要长时间的维持高压的环境体系，导致溶剂热法对设备的依赖性较大、技术难度大、安全性能相对较差，不利于工业化生产。

总结与展望

采用钛酸钡包覆纳米镍粉是制备高性能、低成本用镍MLCC内电极材料的关键技术之一。在众多方法中，化学共沉淀法和溶胶-凝胶法因其在效果与成本间的良好平衡，是目前研究和产业化的主流方向。

未来发展趋势包括：

（1）工艺优化：开发新的表面改性剂和分散技术，从根本上解决均相成核和包覆不均的问题。

（2）新方法探索：如ALD粉末原子层沉积技术，基于自限制性的化学半反应，通过将目标反应拆解为若干个半反应，实现表面涂层的原子层级厚度控制。Forge Nano利用Atomic Armor(原子层盾甲）技术，可提供百吨至千吨级的粉末包覆方案。虽目前成本极高，但或许是未来超高端MLCC的解决方案。

应用ALD技术制备Ni/BaTiO₃复合粉体仍然存在工艺难点，需组合BaO和TiO₂两种氧化物的复合工艺，且两者温度窗口不太匹配，成本较高。

图3 ALD粉末原子层沉积技术工艺流程图（左）图4 ALD粉末原子层沉积设备（右）

（3）基础机理研究：更深入地研究包覆界面在烧结过程中的演化行为，为材料设计提供理论指导。

总之，钛酸钡包覆纳米镍粉的制备是一个涉及材料、化学、工艺等多学科的综合性技术，其突破对推动电子元器件的进步具有重要意义。

参考文献

[1]李震睿,曾鹏,陶锴.多层陶瓷电容器BaTiO₃材料的研究前景与展望[J].船电技术,2024,44(06):79-83.

[2]王文化.多层片式陶瓷元件用镍复合粉体及其电极研究[D].华中科技大学,2015.

[3]任家凯.Ni_xCo_1-xFe₂O₄@BaTiO₃核壳纳米颗粒的制备及其在磁介电弹性体中的应用[D].扬州大学,2024.

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