鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷介電性能的研究.pdf

1、電容器儲(chǔ)能元器件迫切需要利用具有高儲(chǔ)能密度從而有效的減小電容器體積的電介質(zhì)材料。由于出色的鐵電性能，鈮酸鹽電介質(zhì)材料在某些特定應(yīng)用上的巨大潛力已經(jīng)被認(rèn)識(shí)了很多年。鈮酸鹽的獨(dú)特之處在于它通過(guò)改變晶體的組合元素，以獲得特定材料所需的鐵電性能和微觀結(jié)構(gòu)。本論文通過(guò)制備0.50.526Ba Sr Nb O和3(Na, K)NbO鐵電玻璃陶瓷，并研究不同玻璃相含量、退火溫度、成核劑以及晶化溫度對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的影響。旨在優(yōu)化工藝條件，開(kāi)發(fā)出

2、具有高介電常數(shù)和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的儲(chǔ)能介質(zhì)材料。
　　本論文以鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷為基礎(chǔ),首先研究了以0.50.526Ba Sr Nb O為主晶相的玻璃陶瓷。采用25232BaO-SrO-Nb O-CaO-B O-SiO為玻璃系統(tǒng)，利用熔融法制備基質(zhì)玻璃，研究玻璃相含量的變化對(duì)0.50.526Ba Sr Nb O玻璃陶瓷微觀形貌、晶相組成以及介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在鐵電玻璃陶瓷中，晶相、殘余玻璃相都有各自的功能。玻璃相可有效的填充

3、在晶相周?chē)共牧峡紫堵蚀蠓冉档?，其擊穿?qiáng)度比普通陶瓷電介質(zhì)材料的擊穿強(qiáng)度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。而玻璃陶瓷具有功能稀釋效應(yīng),當(dāng)鐵電相含量不足時(shí),材料顯示的功能效應(yīng)大大減小,甚至不具備實(shí)用價(jià)值。在最優(yōu)的玻璃相含量配方下，為進(jìn)一步增大材料的擊穿強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整基質(zhì)玻璃退火溫度，控制0.50.526Ba Sr Nb O玻璃陶瓷中雜相石英的形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在600℃～650℃的溫度范圍內(nèi)退火處理的玻璃陶瓷，含有少量的石英雜相，且其形貌為耗用2SiO

4、較少的點(diǎn)狀形貌，使得盡可能多的2SiO保持為無(wú)定形的玻璃態(tài)以增大玻璃陶瓷抗擊穿強(qiáng)度。為進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，選取Cr2O3、2BaF、2ZrO、2CaF和2CeO五種不同成核劑控制其晶化過(guò)程。研究不同成核劑對(duì)玻璃陶瓷晶化溫度、晶相組成、微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不同成核劑的成核機(jī)理不同，成核劑的加入降低了晶化溫度，促進(jìn)了雜相的消失和晶粒的均勻分布。以2CeO作為成核劑的樣品其介電常數(shù)為301、擊穿強(qiáng)度為425kV/cm，獲得了最

5、大的儲(chǔ)能密度高達(dá)2.41J/cm3。
　　其次，本論文研究了3(Na, K)NbO鐵電玻璃陶瓷。實(shí)驗(yàn)采用熔融法制備3(Na，K)NbO基質(zhì)玻璃，以2225232Na O-K O-Nb O-B O-SiO為玻璃系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)研究了配方中玻璃相含量對(duì)玻璃陶瓷晶化溫度、晶相組成、微觀形貌、介電性能以及介電弛豫的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著玻璃陶瓷中玻璃相含量的降低，樣品的介電常數(shù)增大，擊穿場(chǎng)強(qiáng)保持在一個(gè)較高的水平和更為穩(wěn)定的范圍；配方中玻璃原料

6、為80.0wt％的3(Na, K)NbO玻璃陶瓷介電性能最好。本論文采用復(fù)阻抗圖譜、活化能、抗擊穿強(qiáng)度和介電常數(shù)來(lái)研究晶化溫度與3(Na, K)NbO玻璃陶瓷鐵電性能的相關(guān)性，同時(shí)選取2BaF、2ZrO和2CeO三種成核劑來(lái)優(yōu)化材料性能。結(jié)果表明：所有樣品的DSC測(cè)試結(jié)果均出現(xiàn)兩個(gè)放熱峰，在較低的晶化溫度下處理的樣品，具有合理的結(jié)晶度且界面極化較弱，因而平均擊穿強(qiáng)度較高達(dá)523kV/cm。以2CeO為成核劑，在第一個(gè)放熱峰溫度下晶化處理