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用領域，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)的基礎上，提高介質擊穿場強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，以脈沖放電為應用目的，從材料和器件兩方面進行了相關研究。
　　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的電導損耗和極化損耗，其中0.05mol％Mn摻雜TiO2在1050℃燒結并保溫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。由于電導率降低，Mn摻雜TiO2在室溫

3、下介電常數(shù)125，擊穿場強可達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能夠進一步提高擊穿場強，常溫下復合電介質在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與無堿玻璃復合電介質的能量轉化效率可達~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)，幾乎所有燒結條件下的＃1 MLCC（~25μm）處于導通狀態(tài)，不具備電容特性，而#2 MLCC（~50μm）的電阻能夠達到MΩ級，利用歐姆定