BaTiO3基復(fù)合陶瓷的介電調(diào)諧及儲能性能研究.pdf

1、介電調(diào)諧材料是一種介電常數(shù)隨外加電場變化而變化的材料，其在相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵器件介質(zhì)移相器中具有重要的應(yīng)用。盡管介電調(diào)諧材料已經(jīng)獲得了廣泛的研究，但是，其依然面臨降低材料的介電損耗與提高調(diào)諧率之間的矛盾。此外，隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，開發(fā)新型鐵電儲能材料成為新的研究熱點(diǎn)。鈦酸鋇（BaTiO3）是一種ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料，其具有較高的介電常數(shù)與較小的介電損耗。本論文以BaTiO3基材料為研究對象，對其復(fù)合第二相金屬氧化物（M

2、O），以期進(jìn)一步降低其介電損耗并保持其較高的調(diào)諧率，同時(shí)提高其擊穿場強(qiáng)，增加儲能密度。還研究了第二相的性質(zhì)、含量、分布及制備工藝對BaTiO3基復(fù)合材料的介電調(diào)諧性能及儲能性能的影響規(guī)律。論文的主要工作如下：
　?。?）采用普通燒結(jié)法制備了Sr2+取代BaTiO3/Y2O3復(fù)合陶瓷。隨著Y2O3含量的增加，Ba0.6Sr0.4TiO3/Y2O3復(fù)合陶瓷的介電常數(shù)、介電損耗和調(diào)諧率顯著降低，同時(shí)優(yōu)值先增大后減小。第二相Y2O3的存在

3、使陶瓷的晶粒尺寸減小，晶界對電疇的夾持作用增強(qiáng)，極性納米微區(qū)對基體的調(diào)諧性能的貢獻(xiàn)減少，導(dǎo)致調(diào)諧率降低。復(fù)合5at％Y2O3的Ba0.6Sr0.4TiO3/Y2O3復(fù)合陶瓷的優(yōu)值最大，為73.60。復(fù)合大量的Y2O3后，Ba0.6Sr0.4TiO3/Y2O3復(fù)合陶瓷的擊穿場強(qiáng)增加（≥70kV/cm），能量存儲密度略有下降，但能量轉(zhuǎn)換效率大幅度提高。復(fù)合10at%Y2O3的Ba0.6Sr0.4TiO3/Y2O3復(fù)合陶瓷在71kV/cm電場

4、下的能量存儲密度為0.26J/cm3，能量轉(zhuǎn)換效率為91.85%。
　　（2）采用普通燒結(jié)和放電等離子燒結(jié)（SPS）制備了Sn4+取代BaTiO3/Mg0復(fù)合陶瓷。與普通燒結(jié)相比，SPS燒結(jié)工藝抑制了Mg2+在基體中的擴(kuò)散。隨著MgO含量增加，普通燒結(jié)和SPS燒結(jié)制備的BaTi0.85Sn0.15O3/MgO復(fù)合陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗均顯著降低，但調(diào)諧率仍保持相對高的值（＞40%）。普通燒結(jié)制備的90%massBaTi0.85S

5、n0.15O3+10%massMgO復(fù)合陶瓷的優(yōu)值最大，達(dá)到了114.23。SPS燒結(jié)制備的BaTi0.85Sn0.15O3/MgO復(fù)合陶瓷呈現(xiàn)層片狀結(jié)構(gòu)，擊穿場強(qiáng)顯著增加，能量存儲密度顯著提高。SPS燒結(jié)制備的90%massBaTi0.85Sn0.15O3+10%massMgO復(fù)合陶瓷的擊穿場強(qiáng)達(dá)到了190kV/cm，能量存儲密達(dá)到了0.5107J/cm3，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了92.11%。
　?。?）采用低溫軟化學(xué)法和傳統(tǒng)固相反

6、應(yīng)法制備了BaTiO3/La2O3復(fù)合粉體，進(jìn)而采用普通燒結(jié)制備出BaTiO3/La2O3復(fù)合陶瓷。低溫軟化學(xué)法制備的BaTiO3陶瓷的平均晶粒尺寸（3.05μm）遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備的BaTiO3陶瓷（31.11μm）。這表明低溫軟化學(xué)法是一種獲得小晶粒BaTiO3陶瓷行之有效的方法。隨著La2O3含量的增加，低溫軟化學(xué)法和傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備復(fù)合陶瓷的介電常數(shù)均大幅度降低，調(diào)諧率和優(yōu)值先增加后減小。其中，低溫軟化學(xué)法制備的復(fù)合10