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Ba_(1-x)Sr_xZr_(0.2)Ti_(0.8)O_3体系陶瓷的化学法制备与介电性能研究

作　者: 林明金
导　师: 徐庆
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: Ba1-xSrxZr0.2Ti0.8O3 柠檬酸盐法合成 复合体系陶瓷 烧结性能 介电性能
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


BaTiO3体系介电材料具有介电常数高、介电损耗低、绝缘特性好等性能特点,是制作储能陶瓷电容器的候选材料。本论文采用柠檬酸盐法合成Ba1-xSrxZr0.2Ti0.8O3(x=0.05-0.20)体系钙钛矿电介质的超微细粉体和MgO-CaO-Al2O3-SiO2(MCAS)玻璃的超微细粉体,通过固相烧结法制备了名义组成为Ba1-xSrxZr0.2Ti0.8O3(x=0.05-0.20)+xwt%MCAS(x=3-8)的复合体系陶瓷样品,研究了该复合体系功能陶瓷的烧结性能、结构和介电性能。研究了Ba1-xSrxZr0.2Ti0.8O3(x=0.05-0.20)粉体的柠檬酸盐法制备工艺,通过实验研究确定了适当的合成工艺条件,发现在650℃的热处理温度下可以制备出具有单一钙钛矿结构的Ba1-xSrxZr0.2Ti0.8O3(x=0.05-0.20)超微细粉体,粉体均匀细小,粒度分布均匀,平均颗粒大小为约60nm。采用柠檬酸盐法制备了MCAS的超微细粉体,在600℃的热处理温度下制备的MCAS粉体的平均颗粒粒度为约80nm。研究了MCAS含量对Ba0.95Sr0.05Zr0.2Ti0.8O3陶瓷样品的烧结性能、结构和介电性能的影响。发现MCAS组元的引入,可以显著降低陶瓷样品的烧结致密化温度,在1160℃烧结的复合体系陶瓷样品具有晶粒细小均匀(～180nm)的显微结构,其相对密度可达到95%以上。MCAS组元的引入可以明显降低复合体系陶瓷样品介电常数的偏置电场依赖性,并使得陶瓷样品表现出介电弛豫特性。研究了Sr含量对Ba1-xSrxZr0.2Ti0.8O3(x=0.05-0.20)复合体系陶瓷样品的烧结性能、结构和介电性能的影响。发现随着Sr含量的增加,复合体系陶瓷样品的介电常数逐渐减小,介电损耗逐渐增大。研究结果表明,名义组成为Ba0.95Sr0.05Zr0.2Ti0.8O3+5wt% MCAS的复合体系陶瓷样品具有较好的综合介电性能,在140kV/cm的电场下,其储能密度为0.42J/cm3,储能效率达到了83.4%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 储能陶瓷电容器的应用  9-10
  1.2 BaTiO_3基电介质材料的研究  10-14
  1.3 存在的问题及本论文的研究思路  14-15
  1.4 本论文研究目的和意义  15-16
第二章 样品的制备与测试  16-22
  2.1 样品的合成与制备  16-17
    2.1.1 粉体的合成  16-17
    2.1.2 陶瓷样品的制备工艺  17
  2.2 结构分析和介电性能测试  17-19
  2.3 Ba_(1-x)Sr_xZr_(0.2)Ti_(0.8)O_3粉体的表征  19-21
  2.4 MCAS粉体的表征  21-22
第三章 MCAS含量对Ba_(0.95)Sr_(0.05)Zr_(0.2)Ti_(0.8)O_3陶瓷结构和介电性能的影响  22-33
  3.1 陶瓷样品的烧结性能  22-24
  3.2 MCAS含量对陶瓷样品结构的影响  24-26
    3.2.1 MCAS含量对陶瓷样品晶体结构的影响  24-25
    3.2.2 MCAS含量对陶瓷样品显微结构的影响  25-26
  3.3 陶瓷样品的介电性能  26-33
    3.3.1 MCAS含量对绝缘特性的影响  26
    3.3.2 MCAS含量对相变行为的影响  26-28
    3.3.3 MCAS含量对介电性能电场依赖性的影响  28-30
    3.3.4 MCAS含量对P-E特性的影响  30-33
第四章 Sr含量对Ba_(1-x)Sr_xZr_(0.2)Ti_(0.8)O_3基复合陶瓷结构与介电性能的影响  33-43
  4.1 陶瓷样品的烧结性能  33-35
  4.2 Sr含量对陶瓷样品结构的影响  35-37
    4.2.1 Sr含量对陶瓷样品晶体结构的影响  35
    4.2.2 Sr含量对陶瓷样品显微结构的影响  35-37
  4.3 陶瓷样品的介电性能  37-43
    4.3.1 Sr含量对绝缘特性的影响  37
    4.3.2 Sr含量对相变行为的影响  37-38
    4.3.3 Sr含量对介电性能的电场依赖性的影响  38-41
    4.3.4 Sr含量对P-E特性的影响  41-43
第五章 结论  43-44
参考文献  44-48
致谢  48

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
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