鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷介電性能的研究.pdf

1、電容器儲能元器件迫切需要利用具有高儲能密度從而有效的減小電容器體積的電介質材料。由于出色的鐵電性能，鈮酸鹽電介質材料在某些特定應用上的巨大潛力已經被認識了很多年。鈮酸鹽的獨特之處在于它通過改變晶體的組合元素，以獲得特定材料所需的鐵電性能和微觀結構。本論文通過制備0.50.526Ba Sr Nb O和3(Na, K)NbO鐵電玻璃陶瓷，并研究不同玻璃相含量、退火溫度、成核劑以及晶化溫度對其微觀結構和介電性能的影響。旨在優(yōu)化工藝條件，開發(fā)出

2、具有高介電常數和高擊穿場強的儲能介質材料。
　　本論文以鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷為基礎,首先研究了以0.50.526Ba Sr Nb O為主晶相的玻璃陶瓷。采用25232BaO-SrO-Nb O-CaO-B O-SiO為玻璃系統(tǒng)，利用熔融法制備基質玻璃，研究玻璃相含量的變化對0.50.526Ba Sr Nb O玻璃陶瓷微觀形貌、晶相組成以及介電性能的影響。實驗結果表明：在鐵電玻璃陶瓷中，晶相、殘余玻璃相都有各自的功能。玻璃相可有效的填充

3、在晶相周圍，使材料孔隙率大幅度降低，其擊穿強度比普通陶瓷電介質材料的擊穿強度高一個數量級。而玻璃陶瓷具有功能稀釋效應,當鐵電相含量不足時,材料顯示的功能效應大大減小,甚至不具備實用價值。在最優(yōu)的玻璃相含量配方下，為進一步增大材料的擊穿強度，通過調整基質玻璃退火溫度，控制0.50.526Ba Sr Nb O玻璃陶瓷中雜相石英的形貌。實驗結果表明：在600℃～650℃的溫度范圍內退火處理的玻璃陶瓷，含有少量的石英雜相，且其形貌為耗用2SiO

4、較少的點狀形貌，使得盡可能多的2SiO保持為無定形的玻璃態(tài)以增大玻璃陶瓷抗擊穿強度。為進一步優(yōu)化實驗，選取Cr2O3、2BaF、2ZrO、2CaF和2CeO五種不同成核劑控制其晶化過程。研究不同成核劑對玻璃陶瓷晶化溫度、晶相組成、微觀結構和介電性能的影響。實驗結果表明：不同成核劑的成核機理不同，成核劑的加入降低了晶化溫度，促進了雜相的消失和晶粒的均勻分布。以2CeO作為成核劑的樣品其介電常數為301、擊穿強度為425kV/cm，獲得了最

5、大的儲能密度高達2.41J/cm3。
　　其次，本論文研究了3(Na, K)NbO鐵電玻璃陶瓷。實驗采用熔融法制備3(Na，K)NbO基質玻璃，以2225232Na O-K O-Nb O-B O-SiO為玻璃系統(tǒng)。實驗研究了配方中玻璃相含量對玻璃陶瓷晶化溫度、晶相組成、微觀形貌、介電性能以及介電弛豫的影響。實驗結果表明：隨著玻璃陶瓷中玻璃相含量的降低，樣品的介電常數增大，擊穿場強保持在一個較高的水平和更為穩(wěn)定的范圍；配方中玻璃原料

6、為80.0wt％的3(Na, K)NbO玻璃陶瓷介電性能最好。本論文采用復阻抗圖譜、活化能、抗擊穿強度和介電常數來研究晶化溫度與3(Na, K)NbO玻璃陶瓷鐵電性能的相關性，同時選取2BaF、2ZrO和2CeO三種成核劑來優(yōu)化材料性能。結果表明：所有樣品的DSC測試結果均出現兩個放熱峰，在較低的晶化溫度下處理的樣品，具有合理的結晶度且界面極化較弱，因而平均擊穿強度較高達523kV/cm。以2CeO為成核劑，在第一個放熱峰溫度下晶化處理