Ba1-xSrxTiO3基陶瓷介電性能的研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)儲(chǔ)能元件提出更高的要求，高電壓、大電流及高儲(chǔ)能密度成為未來儲(chǔ)能元件的關(guān)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(duì)其晶相結(jié)構(gòu)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)及儲(chǔ)能密度的影響。同時(shí)，采用粉末燒結(jié)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(duì)Ba1-xSrxTiO3玻璃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)及擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響，旨在制備出具有高介電常數(shù)、低介電損耗及高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的儲(chǔ)能

2、介質(zhì)材料。
　　本論文采用傳統(tǒng)固相法制備Ba1-xSrxTiO3陶瓷，研究不同Sr/Ba比對(duì)Ba1-xSrxTiO3陶瓷微觀結(jié)構(gòu)、弛豫現(xiàn)象、及儲(chǔ)能性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:SrTiO3置換BaTiO3形成Ba1-xSrxTiO3固溶體陶瓷，導(dǎo)致陶瓷的極化能力減小，介電常數(shù)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(shù)減小，晶粒尺寸細(xì)化

3、。陶瓷致密度的提高及微觀形貌的優(yōu)化導(dǎo)致陶瓷樣品的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)增大，Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷樣品獲得了較高的的儲(chǔ)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(dǎo)致晶界處電荷的自由遷移以及在外電場(chǎng)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)向更加困難，缺陷的熱激活運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，Ba1-xSrxTiO3陶瓷的活化能增大。
　　Ba0.4Sr0.6TiO3中異常長(zhǎng)大的晶粒及氣孔，降

4、低了陶瓷的耐壓強(qiáng)度。為了進(jìn)一步改善Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，提高其擊穿場(chǎng)強(qiáng)和儲(chǔ)能密度，本論文采用BaO-TiO2-SiO2玻璃作為燒結(jié)助劑，制備Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷樣品。研究不同BaO-TiO2-SiO2玻璃添加量對(duì)陶瓷燒結(jié)溫度及介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)作用降低了陶瓷的燒結(jié)溫度，抑

5、制了晶粒生長(zhǎng)，使添加BaO-TiO2-SiO2玻璃的Ba0.4Sr06TiO3陶瓷的擊穿場(chǎng)強(qiáng)顯著提高。玻璃添加量為9.0wt％的Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷擊穿場(chǎng)強(qiáng)為16.51kV/mm，是純Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)致的Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷介電常數(shù)的降低程度。在晶相與玻璃相的共同作用下，陶瓷樣品的儲(chǔ)能密度顯著提高。當(dāng)玻璃添加量為5.0

6、wt％時(shí)，陶瓷樣品的儲(chǔ)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(jié)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(duì)Ba1-xSrxTiO3玻璃陶瓷晶相組成、微觀結(jié)構(gòu)及介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:粉末燒結(jié)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(zhì)中。而整體析晶法制