多層陶瓷脈沖功率電容器的研制.pdf

1、在對脈沖功率要求較高的應(yīng)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(dāng)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(qiáng)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

2、石TiO2作為陶瓷原料，以脈沖放電為應(yīng)用目的，從材料和器件兩方面進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　金紅石TiO2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TiO2的電導(dǎo)損耗和極化損耗，其中0.05mol％Mn摻雜TiO2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(dǎo)率降低，Mn摻雜TiO2在室溫

3、下介電常數(shù)125，擊穿場強(qiáng)可達(dá)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-B2O3-Al2O3-SiO2無堿玻璃，利用多次球磨預(yù)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TiO2能夠進(jìn)一步提高擊穿場強(qiáng)，常溫下復(fù)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<

4、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TiO2與無堿玻璃復(fù)合電介質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)~95%。
　　利用LTCC生產(chǎn)線制備了純TiO2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(dǎo)通狀態(tài)，不具備電容特性，而#2 MLCC（~50μm）的電阻能夠達(dá)到MΩ級，利用歐姆定