【摘 要】
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随着电子信息行业及表面贴装技术的快速发展,脉冲多层陶瓷电容器（MLCC）作为脉冲功率系统的核心储能元件,正向着微型化、高容量、高储能方面发展,且由于工艺技术升级换代和节能降耗的原因,要求陶瓷的烧结温度越来越低。此外,由于MLCC制备过程中陶瓷介质需要与内电极共烧,要求降低陶瓷的烧结温度以便内电极拥有更多的选择性。因此,探究储能密度高,烧结温度低的陶瓷材料成为目前脉冲多层陶瓷电容器的研究热点。本文选
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随着电子信息行业及表面贴装技术的快速发展,脉冲多层陶瓷电容器（MLCC）作为脉冲功率系统的核心储能元件,正向着微型化、高容量、高储能方面发展,且由于工艺技术升级换代和节能降耗的原因,要求陶瓷的烧结温度越来越低。此外,由于MLCC制备过程中陶瓷介质需要与内电极共烧,要求降低陶瓷的烧结温度以便内电极拥有更多的选择性。因此,探究储能密度高,烧结温度低的陶瓷材料成为目前脉冲多层陶瓷电容器的研究热点。本文选用性能优异的0.8Ba0.2Sr0.8Ti O3-0.2Bi(Mg0.5Zr0.5)O3（BST-BMZ）介电陶瓷为基体,通过添加氧化物或玻璃的方式,降低其烧结温度和改善电学性能。向BST-BMZ陶瓷中添加Cu O作为烧结助剂,在烧结过程中出现液相,从而降低陶瓷的烧结温度。Cu O的引入使BST-BMZ的烧结温度由1300℃降低到1150℃。BST-BMZ-1 wt%Cu O陶瓷在240 k V/cm的场强下的储能密度Wrec和储能效率η分别为1.77J/cm~3和88.02%。在BST-BMZ当中添加Mn O2作为烧结助剂。添加0.3 wt%Mn O2后,烧结温度由原来的1300℃降低到1200℃,烧结温度降低约100℃。在温度范围-55～125℃内,电容的变化率维持在10%左右,介电陶瓷的温度稳定性得到改善。当Mn O2的添加量为0.3 wt%时,击穿强度能达到200 k V/cm,储能密度Wrec为1.16 J/cm~3,储能效率η为92.8%。在BST-BMZ陶瓷中添加Sr O-B2O3-Zn O（SBZ）玻璃,对其烧结工艺和性能进行研究。添加玻璃后,在烧结过程中,玻璃会首先熔化而形成液相,对陶瓷颗粒有良好的润湿作用,降低了陶瓷的烧结温度。探究玻璃含量对BST-BMZ陶瓷烧结温度、晶体结构、微观结构、介电性能和储能性能的影响。由于SBZ玻璃熔体对BST-BMZ陶瓷具有良好的润湿作用,在BST-BMZ基体中添加SBZ玻璃更有利于实现低温烧结,BST-BMZ+2 wt%SBZ陶瓷的烧结温度从1300℃降低到1100℃。平均晶粒尺寸减小,致密化程度较高,有利于增强介质材料的储能性能。BST-BMZ+2 wt%SBZ陶瓷的综合性能最佳,储能密度为2.13 J/cm~3,储能效率为94.1%。结果表明,BST-BMZ+2 wt%SBZ陶瓷是一种有潜力的脉冲多层陶瓷电容器介电材料,陶瓷低温烧结的研究为将来的实际应用提供了一定基础。
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