放電等離子燒結(jié)法制備高儲(chǔ)能密度的鈦酸鍶鋇基陶瓷.pdf

1、隨著脈沖功率技術(shù)和儲(chǔ)能器件的發(fā)展，對(duì)電能儲(chǔ)存器件的高密度、高效率、環(huán)保等要求逐漸提高。陶瓷電介質(zhì)材料因具有介電常數(shù)高、功率密度大、充放電時(shí)間短、老化速度慢、機(jī)械性能好、溫度穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，但具有較多氣孔、雜質(zhì)等缺陷導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)較低，整體的儲(chǔ)能密度不高。
　　本課題是利用放電等離子燒結(jié)(SPS)方法制備得到高致密度的陶瓷樣品，SPS是通過(guò)脈沖電流的焦耳熱以及機(jī)械加壓作用達(dá)到快速低溫致密化燒結(jié)，已被廣泛應(yīng)用于各類新型材料的制與

2、研究。因此本研究是基于高介電常數(shù)的鈣鈦礦型Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷材料，并對(duì)其進(jìn)行多種添加改性，結(jié)合SPS的燒結(jié)，達(dá)到提高其擊穿場(chǎng)強(qiáng)和儲(chǔ)能密度的目的。同時(shí)系統(tǒng)地探索了其結(jié)構(gòu)、微觀形貌、介電性能和儲(chǔ)能性能等，主要結(jié)果如下:
　　放電等離子燒結(jié)法能有效降低燒結(jié)溫度，比傳統(tǒng)固相燒結(jié)法低300-400℃，陶瓷致密度均在99.9％以上，微觀形貌晶粒較均勻細(xì)小。同時(shí)SPS制備的陶瓷樣品的介電性能呈現(xiàn)彌散特征，相變峰寬化。相比于固相法，

3、SPS燒結(jié)對(duì)陶瓷電介質(zhì)材料的儲(chǔ)能性能有較好的提高作用，對(duì)于純Ba0.6Sr0.4TiO3材料，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為230kV/cm，儲(chǔ)能密度達(dá)到了1.28J/cm3。
　　在Ba0.6Sr0.4TiO3中添加了適量57％SiO2-17％Al2O3-15％B2O3-9％ZnO-2％K2O玻璃粉末后，從兩方面提高了陶瓷樣品的擊穿場(chǎng)強(qiáng):(1)玻璃作為燒結(jié)助劑，進(jìn)一步降低燒結(jié)溫度，細(xì)化晶粒;(2)利用了玻璃的液相燒結(jié)機(jī)制，減小樣品的晶粒尺寸、氣孔缺

4、陷等，使獲得均勻致密的微觀結(jié)構(gòu)，從而有效提高了致密度和擊穿場(chǎng)強(qiáng)。陶瓷的電滯回線呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)型，剩余極化強(qiáng)度減小，因此使得儲(chǔ)能密度得到提高。當(dāng)玻璃添加量在5wt％時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到了440kV/cm，此時(shí)儲(chǔ)能密度為2.0 J/cm3。相比于純Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷，擊穿場(chǎng)強(qiáng)提高了91.3％，而儲(chǔ)能密度提高了56.3％。
　　添加了少量ZnO的Ba0.6Sr0.4TiO3復(fù)相陶瓷，其介電常數(shù)始終保持較大值，由于ZnO的加入具有調(diào)控