温度稳定型电容器材料的制备、表征与性能

发布时间：2020-08-22 16:25

【摘要】：电容器是电子设备中大量使用的主要元件之一,无论是在工农业、国防、科学研究,还是在日常生活中,都有着广泛的应用。例如,低介电容器、云母电容器、电解电容器和陶瓷电容器等。陶瓷电容器不仅可以耐高温、耐腐蚀,而且有较高的介电常数。介质陶瓷具有高功率密度,长寿命和低成本等优点。因此,其可能会用于混合动力电动汽车、医疗器械、移动电源,电子设备以及电子武器系统。铅基PbZrO_3与无铅BaTiO_3基陶瓷材料具有较高的介电性能和容易被修饰改性的特点,而被广泛研究。本论文通过对两种体系进行掺杂和复合改性,制备出高稳定性低损耗的陶瓷材料。针对现代工业科技对陶瓷材料稳定性的要求,论文采用共沉淀法与湿固相法制备出优异性能的陶瓷材料。通过共沉淀法合成了Pb_(0.89)La_(0.02)Sr_(0.06){[Zr_(0.7)Sn_(0.25)Ti_(0.05)]_(1-x)Nb_x}O_3(x=0.03、0.04、0.05、0.06)陶瓷粉体,讨论了Nb的掺杂量对相结构和介电性能的影响。随着Nb含量的增加,陶瓷的介电常数得到改善,介电损耗稍有所降低,其温度稳定性也随之增加。当x=0.06时,其介电常数峰值为318。在-55-200℃之间的温度范围内,容温变化率为-11.63%到6.68%。介电损耗低于0.01。结果表明,Nb掺杂是调节Pb_(0.89)La_(0.02)Sr_(0.06){[Zr_(0.7)Sn_(0.25)Ti_(0.05)]_(1-x)Nb_x}O_3(PLSZSTN)电介质陶瓷的温度稳定性和介电损耗的有效方法。在上一组份基础之上,为了进一步提升介电常数,采用共沉淀法成功地制备了具有Pb_(0.89)La_(0.02)Sr_(0.06){[Zr_(0.7)Sn_(0.25)Ti_(0.05)]_(0.94)Nb_(0.06)}O_3+x mol%MnO_2(PLSZSTNM)组成的陶瓷,(其中x=0、0.1、0.2、0.3)。讨论了MnO_2添加量对相结构、形貌、温度稳定性和介电性能的影响。随着MnO_2含量增加,介电常数先升高后降低,容温变化率曲线变平坦稳定性增强。当x=0.2时,陶瓷的介电常数为577.5,在-55-120℃下的容量温度系数分别为-14.9%到8.3%。介电损耗小于0.016,明显优于其他组成。利用稀土元素可显著改善BaTiO_3介电性能的特点,在之前实验的基础上,选择Sr和Sn作为定量掺杂元素与Mg共同掺杂BaTiO_3,讨论了多元素共掺对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-BaTiO_3(NBT-BT)性能的影响。通过湿固相反应方法成功地制备了xNa_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-(1-x)Ba_(0.65)Sr_(0.3)Mg_(0.05)Sn_(0.1)Ti_(0.9)O_3(NBT-BMSST)的宽温度稳定性陶瓷电容器材料。通过实验研究了NBT掺杂量的变化对致密度、介电常数、相结构、形貌和温度稳定性影响。随着NBT掺杂量增加,介电常数增大,介电损耗增大,温度稳定性加强。当NBT/BMSST比例为0.4/0.6时,复合陶瓷材料的介电损耗低于0.11,介电常数约为1720。电容器的容温变化率在-55℃至200℃之间的变化率为-12.24%到4.79%,满足EIA X9R标准的要求。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1;TM53
【图文】：

直流电场,介电常数

直流电场下的AFEs介电常数Fig.1-1DCelectric-fielddependenceofdielectricconstantofAFEs.

晶格结构,反铁电材料,钙钛矿结构,阳离子

图 1-2AFEs 的晶格结构Fig.1-2 Diagram of perovskite lattice structure of AFEs基反铁电材料具有 ABO3钙钛矿结构，图 1-2 A 是低价、半径较大的阳离子，它和 O2-阴离

晶体结构

图 1-4 BT 晶体结构图Fig.1-4 Crystal structure of BT表 1-5 随温度降低 NBT 结构的变 structure changes of NBT with temper

【参考文献】