ba1-xsrxtio3基陶瓷介电性能的研究

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1、论文题目：陛西料技大学Bal喵SrxTi03基陶瓷介电性能的研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：吴婷导师：蒲永平教授2014年5月INVESTIG拾LTIoNoNTHEDIELECTRJCRoPERTIESOFBARIUMSTRoNTIUMTITANATE．BASEDCERAMICSAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDeg

2、reeofMasterofEngineeringScience．ByTingWuSupervisor：Prof．YongpingPuMay2014Bal吠SrxTi03基陶瓷介电性能的研究摘要科学技术的不断发展对储能元件提出更高的要求，高电压、大电流及高储能密度成为未来储能元件的关键。本论文以Bal。Sr．Ti03基陶瓷为基体，研究不同Sr／Ba比及BaO．Ti02．Si02玻璃添加对其晶相结构，击穿场强及储能密度的影响。同时，采用粉末烧结法和整体析晶法制备Ba。呵SrJTi03基玻璃陶瓷，研究不同成型方法对Ba】。SrxTi

3、03玻璃陶瓷的微观结构及击穿场强的影响，旨在制备出具有高介电常数、低介电损耗及高击穿场强的储能介质材料。本论文采用传统固相法制备Bal。SrxTi03陶瓷，研究不同Sr／Ba比对Bal呵SrxTi03陶瓷微观结构、弛豫现象、及储能性能的影响。实验结果表明：SrTiO，置换BaTiO，形成Ba】哨SrxTi03固溶体陶瓷，导致陶瓷的极化能力减小，介电常数降低，Bal哨SrxTi03(炉0．5～0．7)陶瓷在常温下处于顺电相状态，介电损耗降低。Sr：+离子半径小于Ba2+离子半径，陶瓷晶格参数减小，晶粒尺寸细化。陶瓷致密度的提高及

4、微观形貌的优化导致陶瓷样品的平均击穿场强增大，Ba。。Sro。Ti03陶瓷样品获得了较高的的储能密度0．36J／cm3。Bal吖SrxTi03陶瓷样品晶粒尺寸的减小，使得陶瓷中有更多的晶界，大量的空间电荷和缺陷存在于晶界处，导致晶界处电荷的自由迁移以及在外电场作用下发生转向更加困难，缺陷的热激活运动增强，Bal。Sr，Ti03陶瓷的活化能增大。Ba。。Sro。TiO，中异常长大的晶粒及气孔，降低了陶瓷的耐压强度。为了进一步改善Ba。。Sro。TiO，陶瓷的微观结构，提高其击穿场强和储能密度，本论文采用BaO．Ti02．Si02

5、玻璃作为烧结助剂，制备Ba。。Sro。TiO，陶瓷样品。研究不同BaO．Ti02．Si02玻璃添加量对陶瓷烧结温度及介电性能的影响。实验结果表明：BaO．Ti02．Si02玻璃由少量铁电晶相BaTi2Si208和玻璃相共同组成。BaO—Ti02一Si02玻璃的液相烧结作用降低了陶瓷的烧结温度，抑制了晶粒生长，使添加BaO—Ti02．Si02玻璃的Ba。。Sro。TiO，陶瓷的击穿场强显著提高。玻璃添加量为9．0wt％的Ba。。Sro。TiO，陶瓷击穿场强为16．51kV／mm，是纯Ba。。Sro。TiO，陶瓷击穿场强的1．8倍

6、。玻璃中的铁电晶相BaTi2si208减缓了由于玻璃相添加而导致的Ba。。Sro。TiO，陶瓷介电常数的降低程度。在晶相与玻璃相的共同作用下，陶瓷样品的储能密度显著提高。当玻璃添加量为5．0wt％时，陶瓷样品的储能密度为0．60J／cm3。气孔等缺陷的存在恶化了Ba。。Sro。TiO，陶瓷的耐压性能，本论文采用粉末烧结法和整体析晶法制备一系列的Bal吖SrxTi03玻璃陶瓷。研究不同成型方法对Ba】《SrxTi03玻璃陶瓷晶相组成、微观结构及介电性能的影响。实验结果表明：粉末烧结法制备的Ba】。Sr，Ti03玻璃陶瓷是由晶相和

7、玻璃相共同组成的，更易于晶化，铁电晶相均匀地分布在玻璃基质中。而整体析晶法制备的Bal《SrxTi03玻璃陶瓷完全由玻璃相组成的，其微观结构中观察不到晶相，陶瓷中没有气孔，致密度高。整体析晶法制备的Bal呵Sr工Ti03玻璃陶瓷的平均击穿场强明显大于粉末烧结法制备的玻璃陶瓷，整体析晶法制备的Ba。。Sro。TiO，玻璃陶瓷的平均击穿场强为588kV／cm，玻璃相的致密结构使其获得了最大的储能密度2．08J／c甜。关键词：钛酸锶钡，介电常数，击穿场强，储能密度，玻璃陶瓷INVESTIGATIONONTHEDIELECTIUCRO

8、PERTIESoFBARIUMSTRONTIUMTITANATE．BASEDCERAMICSABSTRACTThedevelopmentofscienceandtechnologycomeupwithahigherdemandontheenergystoragecompone