温度稳定型电容器材料的制备、表征与性能

作     者：李佳莉 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王静

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：掺杂 改性 介电常数 介电损耗 介温变化率 湿固相法 共沉淀法 

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与无铅BaTiO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PbLaSr{[ZrSnTi]Nb}O(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PbLaSr{[ZrSnTi]Nb}O(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PbLaSr{[ZrSnTi]Nb}O+x mol%MnO(PLSZSTNM)组成的陶瓷,(其中x=0、0.1、0.2、0.3)。讨论了MnO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,讨论了多元素共掺对NaBiTiO-BaTiO(NBT-BT)性能的影响。通过湿固相反应方法成功地制备了xNaBiTiO-(1-x)BaSrMgSnTiO(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。