電容器能夠有效地實(shí)現(xiàn)旁路、濾波、耦合、去耦、脈沖放電、直流阻斷等多種功能,因而被廣泛地應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。相較于其它類型電容器,陶瓷電容器有著卓越的電容溫度特性、阻抗頻率特性以及相對(duì)低廉的成本,是目前生產(chǎn)和需求量最大的一類電容器。隨著先進(jìn)電子技術(shù)在過去幾年間的蓬勃發(fā)展,人們對(duì)高性能電容器的需求也在不斷增加�，F(xiàn)如今,在航空航天、石油勘探、汽車電子、國(guó)防軍工等許多重要領(lǐng)域中,一些電子設(shè)備的工作溫度已經(jīng)超過了200℃甚至達(dá)到300℃,這對(duì)陶瓷電容器的溫度穩(wěn)定性提出了更高的要求。因此,耐高溫陶瓷電容器介質(zhì)材料的研究就變得尤為重要。本研究中,通過對(duì)鈦酸鉍鈉(Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3,BNT)弛豫鐵電材料進(jìn)行改性,在解析體系內(nèi)部弛豫行為演變的同時(shí),逐步優(yōu)化材料在高溫段(≥200℃)以及低溫段(25℃)的介電溫度穩(wěn)定性,并成功構(gòu)建出在-55—400℃這一超寬溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異電容穩(wěn)定性以及較低介質(zhì)損耗的電容器陶瓷材料。此外,研究還順利完成了多層陶瓷電容器(MLCC)模擬樣件的試制。該工作不僅對(duì)耐高溫瓷料的研發(fā)具有借鑒意義,更有望推進(jìn)BNT基材料在高溫電容器領(lǐng)域的應(yīng)用。首先,設(shè)計(jì)(1-x)(0.94BNT-0.06BaTiO_3)-xNaNbO_3(BNT-BT-xNN)組成體系,深入研究了反鐵電體NN含量對(duì)BNT-BT固溶體的結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能影響。研究發(fā)現(xiàn),NN的引入引起B(yǎng)NT-BT材料極性三方相含量下降,宏觀極化能力降低,極性納米微區(qū)耦合作用弱化。這些有助于材料介溫曲線的平坦化,并最終獲得相對(duì)高介且高溫段溫度穩(wěn)定性良好的電介質(zhì)材料。其次,在以上工作的基礎(chǔ)上,針對(duì)BNT-BT-NN體系存在的低溫溫度穩(wěn)定性與頻率穩(wěn)定性較差以及高溫段介質(zhì)損耗較大等問題,采用在基體內(nèi)引入弱極性順電體CaZrO_3的方法,設(shè)計(jì)了(1-x)[0.94(0.75BNT-0.25NN)-0.06BT]-xCaZrO_3(CZ100x)新體系,并通過傳統(tǒng)固相法進(jìn)行了陶瓷制備。研究主要探討了CaZrO_3含量對(duì)材料介電溫度穩(wěn)定性,高溫下介質(zhì)損耗以及絕緣特性的影響。結(jié)果表明,隨著CaZrO_3的添加,增強(qiáng)的隨機(jī)場(chǎng)和局部應(yīng)變效應(yīng)削弱了樣品中PNRs的極化能力,從而實(shí)現(xiàn)材料介電溫度特性與頻率特性的優(yōu)化。此外,材料的電導(dǎo)激活能E_a與電阻率也因?yàn)镃aZrO_3的引入而顯著增加。其中,CZ10樣品在-55—400℃溫度范圍內(nèi),容溫變化率低于±15%,介質(zhì)損耗tanδ在60—300℃小于0.02,且300℃高溫下直流電阻率仍高達(dá)10~7Ω·m,綜合電學(xué)性能最為優(yōu)異。最后,基于CZ10組分陶瓷樣品的優(yōu)異電學(xué)性能,為了更好地促進(jìn)BNT基高溫介質(zhì)材料于實(shí)際中的應(yīng)用,采用工業(yè)產(chǎn)線技術(shù)試制同組分的MLCC模擬樣件。觀察分析了MLCC的微觀結(jié)構(gòu),并且深入探討了MLCC樣件與同組分塊體陶瓷樣品介電性能、溫度穩(wěn)定性以及儲(chǔ)能特性等的差異。研究發(fā)現(xiàn),MLCC樣件的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗和容溫變化率隨溫度變化曲線的形狀與塊體陶瓷基本相似,說明設(shè)計(jì)配方具有優(yōu)異的移植性。最為重要的是,MLCC樣件能夠在-60—385℃的溫度范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)ΔC/C_(25℃)≤±15%的優(yōu)異特性,并且在-55—340℃溫度區(qū)間內(nèi),仍保持較低的介質(zhì)損耗(tanδ≤0.02)。此外,MLCC樣件的儲(chǔ)能密度還具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性。綜上所述,CZ10組分有望用于商業(yè)高溫MLCC的生產(chǎn)制造。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ174.7;TM53
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 陶瓷電容器的分類
    1.3 高溫陶瓷電容器的應(yīng)用領(lǐng)域及性能要求
    1.4 BNT基陶瓷電介質(zhì)及其改性
        1.4.1 BNT的晶體結(jié)構(gòu)
        1.4.2 BNT及其常見固溶體的介電性能
    1.5 BNT基高溫電容器材料的研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
    1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 樣品的制備與表征
    2.1 實(shí)驗(yàn)藥品
    2.2 樣品制備工藝
        2.2.1 塊體陶瓷制備工藝
        2.2.2 MLCC芯片制備工藝
    2.3 樣品的測(cè)試表征方法
        2.3.1 樣品的微觀結(jié)構(gòu)及形貌表征
        2.3.2 陶瓷的電學(xué)性能測(cè)試
    2.4 本章小結(jié)
3改性BNT基高介高溫電容器材料性能研究'>第3章 NaNbO₃改性BNT基高介高溫電容器材料性能研究
    3.1 引言
    3.2 樣品的制備工藝
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 NN含量對(duì)BNT-BT陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的影響
        3.3.2 NN含量對(duì)BNT-BT陶瓷鐵電行為及儲(chǔ)能特性的影響
        3.3.3 NN含量對(duì)BNT-BT陶瓷介電溫度特性的影響
    3.4 本章小結(jié)
3改性BNT基超寬溫穩(wěn)定電容器材料研究'>第4章 CaZrO₃改性BNT基超寬溫穩(wěn)定電容器材料研究
    4.1 引言
    4.2 樣品的制備工藝
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 CZ含量對(duì)BNT基陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.2 CZ含量對(duì)BNT基陶瓷介電溫度特性的影響
        4.3.3 CZ含量對(duì)BNT基陶瓷其他電學(xué)性能的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 BNT基高溫穩(wěn)定MLCC芯片的制作及其性能研究
    5.1 引言
    5.2 樣品的制備
        5.2.1 塊體樣品的制備
        5.2.2 MLCC樣品的制備
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 CZ10樣品致密化燒結(jié)工藝的探索
        5.3.2 CZ10MLCC模擬件的制作及微觀結(jié)構(gòu)表征
        5.3.3 CZ10MLCC模擬件的電學(xué)性能研究
    5.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    總結(jié)
    展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝

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本文編號(hào)：2884171