srtiolt3gt基储能介质陶瓷制备工艺及性能研究

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1、摘要脉冲功率系统的轻便化和小型化要求储能介质具有更高的储能密度，因此具有高介电常数和高击穿强度的陶瓷介质的研制成为实现脉冲功率器件小型化的关键。本论文以SrTi03陶瓷为研究对象，通过掺加SrZr03以改善陶瓷体耐压性能，通过掺加Bi203·Ti02以提高陶瓷体介电常数，希望制备出一种具有较高介电常数、较低介电损耗和优良耐压性能的SrTi03基储能介电陶瓷。本论文采用传统固相法制备(1一x)SrTi03-xSrZr03(x=0、0．Ol、0，03、O．05、O．07)固溶体陶瓷。实验结果表明，在1400℃烧结3小时，可以

2、制备出单相的钙钛矿结构(1一x)SrTi03一xSrZr03固溶体陶瓷。当X从0增加到O．05时，体系为立方钙钛矿结构；当x=0．07时，体系转为四方相，随着X的增加，体系晶胞参数增大。(1．x)SrTi03．xSrZr03陶瓷在1400℃烧结3小时后，随着X从0增加到O．07，体系粒径从15-20urn减至1-2um。在50MHz测试频率下，随着X从0增加到o．03，体系的介电常数t从315增加到350，随着X的迸一步增加，体系介电常数略有下降。体系的介电损耗随X的增加逐渐下降，而击穿强度逐渐提高。当x=0时，体系介电

3、损耗达6．5×103，击穿强度为11．4kv／mm，而当x=0．05时，体系介电损耗降至1_2×10’1，击穿强度提高到14．4kv／mm。随着X进一步增加到O．07，体系的介电损耗略有增加。而击穿强度也略有下降。当fO．05时，(1-x)SrTi03-xSrZr03固溶体系具有最佳介电及耐压性能：s，=350，tan6=1．2×lO‘3，磊=14．4kv／mm。然后本论文以0．95SrTi03—0．05SrZr03体系为基，通过掺加适量Bi203·Ti02提高了体系的介电常数，并研究了Bi203-Ti02的摩尔含量X对

4、体系(1一X)(0．95SrTi03—0．05SrZr03)一xBi203·Ti02介电性能的影响，试验结果表明，当Bi203·Ti02的摩尔含量x=0．05时，体系具有优良的介电及耐压性能，体系主晶相为立方钙钛矿结构。在1350℃烧结3小时后0．95(0．95SrTi03．0．05SrZr03)．0．05Bi203·Ti02陶瓷体具有最佳介电及耐压性能：s，=510，tan6=11×10一，Eb=9．4kv／mm。关键词：储能密度，介电常数，击穿强度，钛酸锶AbstractInanefforttodevelopingc

5、eramicdielectricswitllhighenergydensityforcompactpulsedpowerapplication，thepropertiesoftheseceramicsthatmustpossesshighdielectricconstant(‘)，lowdielectricloss(tan5)andhighbreakdownstrength(磊)arerequired．Inthiswork，thedielectricpropertiesofSrTiOs-basedceramicswith

6、SrZr03andBi203。Ti02additionswereinvestigatedforhighenergydensityapplication．Thedielectricpropertiesandmicrostructuresof(1-x)SrTi03一xSrZr03ceramicsystemwereinvestigated(X=0．01，0．03，0．05，0．07)．Asingle-phasestructurewasobtainedforallcompositions．Theunit—cellvolumeof

7、allcompoundsincreasedasxincreased．For(1-x)SrTi03一xSrZr03ceramicsystem，asx>O．05mol，aphasetransitionfromcubictotetragonalwasprovedbyusingprogramDIVOL91．SrTi03ceramicswithSrZr03additioncallbesinteredto96％theoreticaldensity．Atfrequency50MHz，Thedielectricconstantvalue

8、of(1一x)SrTiOs—xSrZr03ceramicsincreasedfrom315to355with血eSrZr03additionuptothe0．03molSrZr03fraction，andthendecreasedslightly．WiththexvalueincreasedfromO．01to0．0