论文部分内容阅读
电容器是最重要的被动电子元器件之一,广泛应用于各种电子设备的电路中。多层陶瓷电容器具有体积小、成本低、寿命长、低发热等特点,已成为电容器市场的主流。目前电子设备的工作环境变得越来越严苛。比如汽车发动引擎和火箭的实际工作温度能超过200℃甚至300℃。这也就要求陶瓷电容器能够在宽温度范围内稳定工作,从而更好与电子设备中电路相匹配。然而目前商业最常用的Ⅱ型陶瓷电容器最高工作温度不超过200℃,无法满足高温领域的应用需求。因此,研究者们致力于寻找能在高温环境下稳定工作的陶瓷电容器材料。本研究中,通过对弛豫铁电体0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5TiO3(0.8NBT-0.2KBT)进行改性,调制材料中两种不同极性纳米微区的含量,在保持高介电常数的基础上,优化材料在高温段的温度稳定性,成功构建出在100℃~440℃范围内拥有高介电常数、低介电损耗以及良好温度稳定性的高温陶瓷电容器材料。同时,实现了多层陶瓷电容器模拟件的制作。这些工作为下一代高温陶瓷电容器的应用提供了可靠的解决方法以及借鉴经验。首先,设计了(1-x)(0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5TiO3)-xBi(Zn2/3Nb1/3)O3(NBT-KBT-x BZN)材料体系,研究引入第三组元BZN对0.8NBT-0.2KBT基体的微观结构及电学性能的影响。结果表明BZN的引入使材料的三方相极性纳米微区含量减少,材料的宏观极化能力下降。最终获得高温稳定性良好且保持高介电常数的材料。然后,针对以上材料体系存在高温段介电损耗高且绝缘性能差的特点,在基体中引入另一种第三组元Bi(Mg2/3Nb1/3)O3,设计了如下材料体系(1-x)(0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5TiO3)-xBi(Mg2/3Nb1/3)O3(NBT-KBT-x BMN),主要探究BMN的引入对材料的温度稳定性、介电损耗及绝缘电阻率的影响。结果表明,随着BMN的引入,材料内部极性较强的三方相极性纳米微区含量减少,极性较弱的四方相极性纳米微区含量增加,材料的温度稳定性、介电损耗、绝缘特性均得到优化。其中最优组分NBT-KBT-0.2BMN样品在106℃~492℃内具有优良的温度稳定性(εr150℃=1860±15%,1k Hz),且在112℃~410℃内介电损耗能保持tanδ≤0.025,同时绝缘电阻率在室温下大于1013Ω·cm,能够满足陶瓷电容器的实际应用需求。最后,以最优组分NBT-KBT-0.2BMN作为介质层材料,通过探索流延工艺,成功获得了均匀一致且无粗大颗粒的陶瓷膜片,然后再经过电极印刷,堆叠层压,排胶烧结等流程,成功构建出多层陶瓷电容器(MLCC)模拟件。在对MLCC的微观结构和电学性能进行测试后,深入探讨了MLCC与同组分块体陶瓷样品在介电性能方面的差异。结果表明MLCC的介电性能与同组分块体陶瓷样品类似。其中MLCC能够在100℃~440℃内保持εr150℃=1800±15%,并且tanδ≤0.025。同时在25℃~150℃内,MLCC的有效储能密度也能保持良好的温度稳定性。因此,NBT-KBT-0.2BMN材料有望应用于高温陶瓷电容器中,并为下一代高温陶瓷电容器的研究提供可靠的解决方法及借鉴经验。