BaTiO基中高压瓷介电容器材料的研究

摘要

采用正交设计实验法研究了配方对(1-Z)(Ba<,1-x-y>Sr<,x>Ca<,y>)TiO<,3>·Z(Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>)系中高压陶瓷电容器介电性能的影响,得到了影响该系统陶瓷介电性能的主次因素,各因素水平影响其性能的趋势:对介电常数而言,主次影响因素的顺序为SrTiO<,3>、Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>、CaTiO<,3>;对介电损耗而言,主次影响因素的顺序为Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>、SrTiO<,3>、CaTiO<,3>;对耐压强度而言,主次影响因素的顺序为CaTiO<,3>、SrTiO<,3>、Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>.同时得到了综合性能最佳的瓷料配方(X=0.3、Y=0.1、Z=0.03)和介电损耗最低、耐压强度最大的瓷料配方(X=0.4、Y=0.15、Z=0.04).前者在1240℃烧结、保温60min的瓷件性能为:ε<,r>=3802、tgδ=0.42％、Eb=9.2kv/mm;后者在1220℃烧结、保温60min的瓷件性能为ε<,r>=2089、tgδ=0.06％、Eb=16.9kv/mm.研究了ZnO、ZrO<,2>、Nb<,2>O<,5>参杂对(1-Z)(Ba<,1-x-y>Sr<,x>Ca<,y>)TiO<,3>·Z(Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>)系材料介电性能的影响,发现掺杂ZnO、Nb<,2>O<,5>能够有效抑制晶粒长大,改善瓷体的烧结和显微结构.结果表明:在(1-Z)(Ba<,1-x-y>Sr<,x>Ca<,y>)TiO<,3>·Z(Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>)系瓷料中掺杂少量的ZnO可以大幅提高介质材料的耐压强度,掺杂少量的Nb<,2>O<,5>可以大大降低介质材料的介电损耗.复合掺杂ZnO、ZrO<,2>、Nb<,2>O<,5>可以明显地改善(1-Z)(Ba<,1-x-y>Sr<,x>Ca<,y>)TiO<,3>·Z(Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>)系中高压瓷介电容器材料的介电性能.0.98(Ba<,0.7>Sr<,0.2>Ca<,0.1>)TiO<,3>·0.02(Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>)试样掺杂ZnO、ZrO<,2>、Nb<,2>O<,5>后,其ε<,r>上升到3469,tgδ下降到0.4％,Eb提高到9.4kv/mm,这些性能明显地高于未掺杂的性能ε<,r>=2108、tgδ3.1％、Eb=7.4kv/mm).实验中还探讨了组分对介电性能影响机理,为研制高介、低损耗、高耐压电容器陶瓷提供了依据.研究了烧成工艺制度对电容器陶瓷性能和结构的影响,结果表明:在一定的升温保温时间下,瓷料的最佳烧结温度主要取决于组成中Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>的含量,Bi<,2>O<,3>·3TiO<,2>含量的增加将降低烧结温度;在合理的烧结温度范围内,慢速升温和低温烧结将有利于得到细晶致密结构,从而改善中高压陶瓷电容器的耐压强度.研究了BaTiO<,3>合成温度对电容器陶瓷材料介质性能的影响.该实验中BaTiO<,3>粉料最适宜的合成温度是1150℃,其所制得电容器陶瓷介电性能较好.用差热分析、X射线衍射分析技术研究了粉料的合成及产物晶相,确定了烧块的合成温度.用扫描电镜分析技术研究了烧成制度对瓷介材料结构、致密情况的影响,发现不同烧结制度对瓷介材料的结构、致密情况不一样,因而介电性能也就不同.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1陶瓷电容器材料的发展简史

1.2陶瓷电容器的分类及特性

1.2.1非铁电陶瓷电容器

1.2.2铁电陶瓷电容器

1.2.3反铁电陶瓷电容器

1.2.4半导体陶瓷电容器

1.2.5独石电容器

1.3中高压陶瓷电容器

1.3.1中高压陶瓷电容器介质材料

1.3.2中高压陶瓷电容器制造工艺

1.3.3中高压陶瓷电容器的应用及发展趋势

1.4 BaTiO3基陶瓷电容器的研究概况

1.5本课题研究的内容和目标

第二章实验部分

2.1实验所用原料及主要设备

2.2烧块制备

2.2.1烧块制备的工艺流程

2.3样品制备

2.4烧成制度的确定

2.5实验配方

2.6测试分析

2.6.1差热分析

2.6.2 X-ray衍射分析

2.6.3介电性能的测试

2.6.4显微结构分析

第三章实验结果与讨论

3.1基础配方的确定

3.2烧成制度对电容器性能的影响

3.2.1烧成温度对电容器性能的影响

3.2.2烧成保温时间对电容器性能的影响

3.2.3升温速度对电容器性能的影响

3.3烧块合成温度对电容器性能的影响

3.4组成对电容器性能的影响

3.4.1 SrTiO3对电容器性能的影响

3.4.2 CaTiO3对电容器性能的影响

3.4.3 Bi2O3.3TiO2对电容器性能的影响

3.4.4添加剂对性能的影响

第四章结论

参考文献

致谢