發(fā)布時間：2017-08-19 22:01

  本文關(guān)鍵詞：多層陶瓷脈沖功率電容器的研制

  更多相關(guān)文章： 二氧化鈦 受主摻雜 無堿玻璃 儲能密度 多層陶瓷電容器

【摘要】：在對脈沖功率要求較高的應用領(lǐng)域,比如石油勘探、點火系統(tǒng)以及電磁發(fā)射等,陶瓷電介質(zhì)以其脈沖功率大、充電時間短、充放電效率高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點具有相當大的前景,但相比于鋰離子電池和超級電容器來說,多層陶瓷電容器(Multilayer Ceramic Capacitor,MLCC)儲能密度較低,從線性電介質(zhì)材料的儲能密度公式出發(fā),在保證較高介電常數(shù)的基礎(chǔ)上,提高介質(zhì)擊穿場強是增加材料儲能密度的主要途徑。本文選取在I類瓷中具有最高介電常數(shù)的金紅石TiO_2作為陶瓷原料,以脈沖放電為應用目的,從材料和器件兩方面進行了相關(guān)研究。金紅石TiO_2中存在的氧空位會惡化材料介電性能,二價錳(Mn)摻雜能夠降低TiO_2的電導損耗和極化損耗,其中0.05mol%Mn摻雜TiO_2在1050℃燒結(jié)并保溫9小時的樣品在100Hz-1MHz頻率范圍內(nèi)介電常數(shù)維持穩(wěn)定,損耗低于0.01,在298K-423K溫度范圍內(nèi)介電常數(shù)漂移9%,損耗低于0.05。由于電導率降低,Mn摻雜TiO_2在室溫下介電常數(shù)125,擊穿場強可達38.07 kV/mm,計算儲能密度為0.81J/cm3。分別用固相法法和溶膠凝膠法制備了BaO-B_2O_3-Al_2O_3-SiO2無堿玻璃,利用多次球磨預燒的方式能夠提升固相法玻璃包覆陶瓷基體的均勻性,而利用溶膠凝膠法包覆摻Mn的TiO_2能夠進一步提高擊穿場強,常溫下復合電介質(zhì)在100Hz-1MHz頻率范圍內(nèi)介電常數(shù)保持穩(wěn)定,并且損耗低于0.005,在298k-473k的溫度范圍內(nèi),電容量的漂移10%,玻璃含量為15wt%的樣品儲能密度為1.43 J/cm3,是不添加無堿玻璃樣品(0.81 J/cm3)的1.76倍,并從極化特性曲線可以看出,Mn摻雜TiO_2與無堿玻璃復合電介質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化效率可達~95%。利用LTCC生產(chǎn)線制備了純TiO_2的多層陶瓷電容器,通過絕緣電阻測試發(fā)現(xiàn),幾乎所有燒結(jié)條件下的#1 MLCC(~25μm)處于導通狀態(tài),不具備電容特性,而#2 MLCC(~50μm)的電阻能夠達到MΩ級,利用歐姆定律計算出#2器件的電阻率低于同樣燒結(jié)條件下的金紅石TiO_2陶瓷圓片,并結(jié)合斷面SEM圖分析得出器件失效原因主要為:一是流延膜的質(zhì)量欠佳,共燒時電極漿料往介質(zhì)層內(nèi)部滲透,造成了介質(zhì)層有效厚度的降低;二是鈀/銀離子在燒結(jié)推動力的作用下往TiO_2的晶格中擴散,金屬離子的出現(xiàn)增加了介質(zhì)的電導率。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦 受主摻雜 無堿玻璃 儲能密度 多層陶瓷電容器
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 脈沖功率技術(shù)及其發(fā)展10-14
• 1.2 陶瓷電介質(zhì)的分類以及儲能密度14-15
• 1.3 電介質(zhì)儲能材料研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 鐵電材料16-17
• 1.3.2 反鐵電材料17-18
• 1.3.3 線性電介質(zhì)材料18-19
• 1.4 多層脈沖陶瓷電容器的關(guān)鍵技術(shù)19-21
• 1.4.1 陶瓷電介質(zhì)材料的選擇19-20
• 1.4.2 提高晶粒的均勻性和陶瓷的致密度20-21
• 1.4.3 提高介電常數(shù)和擊穿場強21
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 研究方法23-29
• 2.1 實驗試劑和設(shè)備23-24
• 2.2 實驗和分析測試方法24-29
• 2.2.1 固相燒結(jié)法24-25
• 2.2.2 溶膠凝膠法25
• 2.2.3 多層陶瓷電容器（MLCC）的生產(chǎn)工藝25-27
• 2.2.4 介電和鐵電性能測試27
• 2.2.5 XRD分析27-28
• 2.2.6 SEM表征分析28-29
• 第三章 氧空位對TiO_2介電性能的影響29-42
• 3.1 金紅石TiO_2的電子結(jié)構(gòu)29-30
• 3.2 金紅石TiO_2的晶格缺陷30-32
• 3.3 研究內(nèi)容32
• 3.4 實驗結(jié)果分析與討論32-41
• 3.4.1 晶格結(jié)構(gòu)與微觀形貌分析32-34
• 3.4.2 介電頻率特性34-37
• 3.4.3 介電溫度特性37-39
• 3.4.4 極化特性以及儲能密度39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 TiO_2與玻璃復合性能研究42-58
• 4.1 簡介42-43
• 4.2 固相法玻璃包覆TiO_2的儲能特性研究43-50
• 4.2.1 實驗方法與內(nèi)容43-44
• 4.2.2 實驗結(jié)果與分析44-50
• 4.2.2.1 玻璃的熱分析44
• 4.2.2.2 介電頻率特性44-46
• 4.2.2.3 介電溫度特性46-48
• 4.2.2.4 微觀結(jié)構(gòu)與儲能密度48-50
• 4.3 溶膠凝膠法玻璃包覆Mn摻雜TiO_2的儲能特性研究50-57
• 4.3.1 實驗方法與內(nèi)容50-51
• 4.3.2 實驗結(jié)果與分析51-57
• 4.3.2.1 結(jié)晶相與微觀結(jié)構(gòu)特征51-54
• 4.3.2.2 介電頻率和溫度特性54-55
• 4.3.2.3 極化強度特性和儲能密度55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 TiO_2基多層陶瓷電容器的研制58-68
• 5.1 簡介58-59
• 5.2 實驗內(nèi)容59-62
• 5.3 實驗結(jié)果與分析62-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 第六章 結(jié)論68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-76
• 攻讀碩士期間取得的研究成果76-77

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