ZnO-TiO2介質(zhì)陶瓷的制備與介電性能研究.pdf

1、非對稱脈沖形成線技術(shù)是研制粒子加速器的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于介質(zhì)陶瓷具有優(yōu)越的介電性能,近年來固態(tài)陶瓷介質(zhì)成為研究熱點(diǎn)。介質(zhì)陶瓷須具備一定的介電常數(shù),低的介電損耗和高的擊穿強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),對新陶瓷體系探索有非常重要的意義。本論文探索研究了ZnO-TiO2體系及瓷件制備工藝和介電性能,以期應(yīng)用于非對稱脈沖形成線。
　　 本文以ZnO-TiO2體系(稱為鈦酸鋅或ZT)為研究對象,采用固相法制備了Zn2ZiO4-xZiO2和Zn2T

2、iO4-yZnO(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1;y=0,0.1,0.2)兩種不同組分的復(fù)相介質(zhì)陶瓷。結(jié)果表明各組分介電常數(shù)介于19～31(1kHz,25℃),且低于3kV/mm的外場電壓對介常數(shù)影響很小。Zn2TiO4-xTiO2在x≥0.4出現(xiàn)Zn2Ti3O8雜相,介電損耗tanδ低于7×10-3,隨著x的增大介電常數(shù)隨溫度和頻率的穩(wěn)定性變差。Zn2TiO4-yZnO介電損耗tanδ低于2×10-2,隨著y的減小,介電弛豫現(xiàn)

3、象減弱,介電常數(shù)隨頻率和溫度的穩(wěn)定性變好。阻抗分析表明,各組分陶瓷晶粒的激活能Eg低于晶界激活能Egb,在x≈0.6是晶界激活能最高,可達(dá)1.39eV,同時(shí)在5kV/mm電場下漏導(dǎo)為2×10-9A。
　　 制備了幾何尺寸的鈦酸鋅瓷件,為了對鈦酸鋅瓷件的制備工藝和性能進(jìn)行補(bǔ)充和對比,本論文還選擇用市購鈦酸鎂粉料為原料制備幾何尺寸的鈦酸鎂瓷件,并探討了其制備工藝,發(fā)現(xiàn)鈦酸鋅塊體瓷件的較優(yōu)燒結(jié)溫度為1160℃,高于鈦酸鋅小樣品燒結(jié)溫度

4、(≈1130℃),而鈦酸鎂瓷件燒結(jié)溫度(＞1260℃)。制備得到的鈦酸鋅瓷件與鈦酸鎂瓷件相比具有更好的介電性能,包括更好介電常數(shù)隨頻率的穩(wěn)定性、更低的介電損耗和更高的擊穿強(qiáng)度。通過對兩種不同瓷件的擊穿強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度的測試對比,發(fā)現(xiàn)陶瓷擊穿分布規(guī)律跟陶瓷機(jī)械斷裂分布規(guī)律類似,具有統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律,且鈦酸鋅的最高擊穿強(qiáng)度約為14.5kV/mm。瓷件內(nèi)部的微裂紋對其電學(xué)和力學(xué)性能有決定性影響,另外晶粒尺寸分布和氣孔也對其產(chǎn)生一定影響。通過對Zn2