Ba1-xSrxTiO3基陶瓷介電性能的研究.pdf

1、科學技術的不斷發(fā)展對儲能元件提出更高的要求，高電壓、大電流及高儲能密度成為未來儲能元件的關鍵。本論文以Ba1-xSrxTiO3基陶瓷為基體，研究不同Sr/Ba比及BaO-TiO2-SiO2玻璃添加對其晶相結構，擊穿場強及儲能密度的影響。同時，采用粉末燒結法和整體析晶法制備Ba1-xSrxTiO3基玻璃陶瓷，研究不同成型方法對Ba1-xSrxTiO3玻璃陶瓷的微觀結構及擊穿場強的影響，旨在制備出具有高介電常數、低介電損耗及高擊穿場強的儲能

2、介質材料。
　　本論文采用傳統固相法制備Ba1-xSrxTiO3陶瓷，研究不同Sr/Ba比對Ba1-xSrxTiO3陶瓷微觀結構、弛豫現象、及儲能性能的影響。實驗結果表明:SrTiO3置換BaTiO3形成Ba1-xSrxTiO3固溶體陶瓷，導致陶瓷的極化能力減小，介電常數降低，Ba1-xSrxTiO3(x=0.5～0.7)陶瓷在常溫下處于順電相狀態(tài)，介電損耗降低。Sr2+離子半徑小于Ba2+離子半徑，陶瓷晶格參數減小，晶粒尺寸細化

3、。陶瓷致密度的提高及微觀形貌的優(yōu)化導致陶瓷樣品的平均擊穿場強增大，Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷樣品獲得了較高的的儲能密度0.36J/cm3。Ba1-xSrxTiO3陶瓷樣品晶粒尺寸的減小，使得陶瓷中有更多的晶界，大量的空間電荷和缺陷存在于晶界處，導致晶界處電荷的自由遷移以及在外電場作用下發(fā)生轉向更加困難，缺陷的熱激活運動增強，Ba1-xSrxTiO3陶瓷的活化能增大。
　　Ba0.4Sr0.6TiO3中異常長大的晶粒及氣孔，降

4、低了陶瓷的耐壓強度。為了進一步改善Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷的微觀結構，提高其擊穿場強和儲能密度，本論文采用BaO-TiO2-SiO2玻璃作為燒結助劑，制備Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷樣品。研究不同BaO-TiO2-SiO2玻璃添加量對陶瓷燒結溫度及介電性能的影響。實驗結果表明:BaO-TiO2-SiO2玻璃由少量鐵電晶相BaTi2Si2O8和玻璃相共同組成。BaO-TiO2-SiO2玻璃的液相燒結作用降低了陶瓷的燒結溫度，抑

5、制了晶粒生長，使添加BaO-TiO2-SiO2玻璃的Ba0.4Sr06TiO3陶瓷的擊穿場強顯著提高。玻璃添加量為9.0wt％的Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷擊穿場強為16.51kV/mm，是純Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷擊穿場強的1.8倍。玻璃中的鐵電晶相BaTi2Si2O8減緩了由于玻璃相添加而導致的Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷介電常數的降低程度。在晶相與玻璃相的共同作用下，陶瓷樣品的儲能密度顯著提高。當玻璃添加量為5.0

6、wt％時，陶瓷樣品的儲能密度為0.60J/cm3。
　　氣孔等缺陷的存在惡化了Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷的耐壓性能，本論文采用粉末燒結法和整體析晶法制備一系列的Ba1-xSrxTiO3玻璃陶瓷。研究不同成型方法對Ba1-xSrxTiO3玻璃陶瓷晶相組成、微觀結構及介電性能的影響。實驗結果表明:粉末燒結法制備的Ba1-xSrxTiO3玻璃陶瓷是由晶相和玻璃相共同組成的，更易于晶化，鐵電晶相均勻地分布在玻璃基質中。而整體析晶法制