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1、第57卷第11期2008年11月物理学报Vol.57,No.11,November,2008100023290P2008P57(11)P7298207ACTAPHYSICASINICAn2008Chin.Phys.Soc.脉冲电容器用细电滞回线铁电陶瓷材料的研究1)•2)2)1)1)陈学锋李华梅李东杰曹菲董显林1)(中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050)2)(中国工程物理研究院,绵阳621900)(2007年9月3日收到;2008年4月3日收到修改稿)采用低锆区的Pb(Zr0142Sn0140Ti0118)O3(PZST42P40P18)铁电陶瓷为基,通过少量La和Ba取代Pb
2、同时Nb取代2(Zr,Sn,Ti)复合取代的方法得到掺杂PZST42P40P18细电滞回线铁电陶瓷,其最大极化强度Pmax≈20166μCPcm,剩23余极化强度Pr≈0155μCPcm,电滞回线包含面积S≈010298JPcm,室温下相对介电常数虽然只有2840,但储能密3度却达01319JPcm1反复充放电脉冲试验初步显示:单片掺杂PZST42P40P18铁电陶瓷样品的短路放电电流可达2330A,反复充放电次数在1000次以上;释放的电荷随着充放电次数的增加按照二次指数公式衰减.这对掺杂PZST42P40P18细电滞回线铁电陶瓷用作脉冲电容器具有重要意义.关键词:细电滞回线,铁电陶
3、瓷,PZST,脉冲电容器PACC:7700,7740,7780Bi0102O3(PBZT)和(Pb,La)(Zr0165Ti0135)O3(PLZT).美11引言国Sandia国家实验室,我国的西安交通大学、华南[2—6]理工大学等都曾进行过这方面的研究.在脉冲功率设备中,作为储能元件的电容器在Pb(Zr1-y-xSnyTix)O3(PZST100(1-y-x)P100yP整个设备中占有很大的比重,是极为重要的关键部100x)三元系陶瓷具有丰富的相变,可产生大的位[1]件.在某些应用领域,如核物理技术、电子束、加移和释放高的能量,在微位移驱动器、爆电换能等速器、激光聚变等系统,脉冲功率
4、装置要求脉冲电方面具有广泛的应用前景,因而一直是研究的热容器不仅能承受至少数kV的工作电压,还要能产点.目前国内外对PZST三元体系的研究主要集中生数kA的放电电流,但不需要很高充放电寿命(通在低温铁电相(FER(LT))P反铁电相(AFE)附近的高锆常为数千次即可).铁电陶瓷在这方面有相当的优区(1-y-x>015),研究重点主要是ZrPSn或SnPTi势.与高介电系数陶瓷相比,它的储能密度要高一比的改变、单独的A位取代(La或La与Ba或La与个数量级;与反铁电陶瓷相比,它可多次重复使Sr取代Pb)或单独的B位取代(Nb取代(Zr,Sn,用.如果能进一步提高铁电陶瓷的最大极化强度T
5、i))对PZST陶瓷电性能的影响[7—12].研究表明:Pmax,降低剩余极化强度Pr,减小电滞回线包含的PZST中单独掺入Nb有助于降低矫顽场和提高电阻[7]面积S,即得到细电滞回线铁电陶瓷材料(slim2loop率;而La和Ba的掺入则可调节电滞回线的面积[8—12]ferroelectricceramics),那将大大提高其储能密度和大小和最大极化强度的高低.目前,尚未见反复充放电寿命.Nb,La和Ba复合取代PZST及其细电滞回线铁电陶[13]与其他铁电陶瓷材料相比,细电滞回线铁电陶瓷材料的报道.从PZST的三元相图可看出,ZrP[2]瓷材料具有以下特点:1)很小的剩余极化强度
6、;SnPTi=42P40P18处在低温铁电相(FR(LT))和反铁电相3+2)材料的电位移矢量与电场几乎成线性关系;3)很(AT)的交界区,往其中掺入一定量的La可得到比大的介电常数.目前,国内外关于细电滞回线铁电较细的电滞回线但回线有点陡[14].本文在此基础陶瓷材料的研究主要集中在xPb(Mg1P3Nb2P3)O32(1-上,采用复合取代的方法———La和Ba取代Pb同时x)PbTiO3(xPMN2(1-x)PT),(Pb,Ba)(Zr0170Ti0130)Nb取代(Zr,Sn,Ti),通过调整La,Ba和Nb的掺入•E2mail:xfchen@mail.sic.ac.cn11期陈
7、学锋等:脉冲电容器用细电滞回线铁电陶瓷材料的研究7299量得到掺杂PZST42P40P18细电滞回线铁电陶瓷,并将其与(Pb0197Ba0103)0185La011(Zr0165Ti0135)O3(PBLZT)细电滞回线铁电陶瓷进行反复充放电对比脉冲试验,研究影响短路放电电流和充放电次数的因素,促进细电滞回线陶瓷在脉冲电容器上的实际应用.21实验掺杂PZST42P40P18陶瓷以Pb(Zr0142Ti0118Sn0140)O3为基本配方,一定量
