高介、高偏壓穩(wěn)定性(Ba,Sr)TiO3基儲(chǔ)能介質(zhì)陶瓷的制備及改性研究.pdf

1、高功率脈沖電源系統(tǒng)小型化、高功率化的發(fā)展要求儲(chǔ)能介質(zhì)材料具有更高的介電常數(shù)和更高的偏置電場(chǎng)穩(wěn)定性。鈦酸鍶鋇陶瓷因其介電常數(shù)高、介質(zhì)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，成為了理想的第三代脈沖形成線用介質(zhì)材料之一，但強(qiáng)偏置電場(chǎng)下介電常數(shù)的非線性變化不利于其工作穩(wěn)定性和高儲(chǔ)能密度的獲得。本文以順電態(tài)Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷為研究對(duì)象，通過(guò)調(diào)節(jié)晶粒尺寸和Zr4+固溶，降低材料的介電非線性，以提高材料的工作穩(wěn)定性和有效儲(chǔ)能密度。
　　 為此，本文開(kāi)展了

2、以下研究?jī)?nèi)容:
　　 采用高溫固相工藝，分別通過(guò)調(diào)整燒結(jié)溫度(1260℃-1400℃)和保溫時(shí)間(0.5h-20h)制備出晶粒尺寸在0.57μm-5.64μm和0.55μm-2.16μm之間分布的BST致密陶瓷，研究了晶粒尺寸對(duì)BST陶瓷介電性能的影響。研究結(jié)果表明晶粒尺寸的減小有利于降低樣品的介電非線性，20kV/cm場(chǎng)強(qiáng)下，不同燒結(jié)溫度樣品中1260℃樣品的可調(diào)性最低(0.98％);不同保溫時(shí)間樣品中，保溫2h樣品的可調(diào)性最

3、低(1.27％)。晶粒尺寸的減小有助于BST陶瓷儲(chǔ)能密度的提高，不同燒結(jié)溫度樣品中，1260℃樣品儲(chǔ)能密度最大(1.28J/cm3);對(duì)于不同保溫時(shí)間樣品，保溫2h樣品儲(chǔ)能密度最大(1.20J/cm3)。
　　 本文從內(nèi)應(yīng)力、晶粒-晶界比例和極化微區(qū)三個(gè)方面研究了晶粒尺寸對(duì)順電態(tài)BST陶瓷介電性能影響的機(jī)理。以成型壓力來(lái)模擬陶瓷材料晶粒間的內(nèi)應(yīng)力，借助XRD分析建立晶粒尺寸與內(nèi)應(yīng)力之間的定量關(guān)聯(lián);阻抗分析結(jié)果顯示，晶粒尺寸的增大

4、會(huì)導(dǎo)致樣品晶粒區(qū)比例的增大和晶界區(qū)比例的減小。借助多重極化機(jī)制模型對(duì)各樣品的偏壓曲線進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)隨著晶粒尺寸的增大，樣品中極性微區(qū)的平均尺寸逐漸增大，并且呈現(xiàn)出更強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)依賴(lài)性。
　　 本文在BST陶瓷中添加了不同含量(0mol％-40mol％)的Zr4+，發(fā)現(xiàn)Zr4+能夠抑制晶粒的生長(zhǎng)。隨著Zr4+含量的增多，BSZT陶瓷的Tc向低溫方向移動(dòng)，并出現(xiàn)鐵電弛豫特征;樣品的介電可調(diào)性先增大后減小，Johnson唯象擬合曲線中，呈