本文關(guān)鍵詞：鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷介電性能的研究

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【摘要】：電容器儲能元器件迫切需要利用具有高儲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)材料在某些特定應用上的巨大潛力已經(jīng)被認識了很多年。鈮酸鹽的獨特之處在于它通過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)。本論文通過制備0.5 0.5 2 6Ba Sr Nb O和3(Na,K)Nb O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,開發(fā)出具有高介電常數(shù)和高擊穿場強的儲能介質(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0.5 0.5 2 6Ba Sr Nb O為主晶相的玻璃陶瓷。采用2 5 2 3 2Ba O-Sr O-Nb O-Ca O-B O-Si O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0.5 0.5 2 6Ba Sr Nb O玻璃陶瓷微觀形貌、晶相組成以及介電性能的影響。實驗結(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在晶相周圍,使材料孔隙率大幅度降低,其擊穿強度比普通陶瓷電介質(zhì)材料的擊穿強度高一個數(shù)量級。而玻璃陶瓷具有功能稀釋效應,當鐵電相含量不足時,材料顯示的功能效應大大減小,甚至不具備實用價值。在最優(yōu)的玻璃相含量配方下,為進一步增大材料的擊穿強度,通過調(diào)整基質(zhì)玻璃退火溫度,控制0.5 0.5 2 6Ba Sr Nb O玻璃陶瓷中雜相石英的形貌。實驗結(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2Si O較少的點狀形貌,使得盡可能多的2Si O保持為無定形的玻璃態(tài)以增大玻璃陶瓷抗擊穿強度。為進一步優(yōu)化實驗,選取2 3Cr O、2Ba F、2Zr O、2Ca F和2Ce O五種不同成核劑控制其晶化過程。研究不同成核劑對玻璃陶瓷晶化溫度、晶相組成、微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的影響。實驗結(jié)果表明:不同成核劑的成核機理不同,成核劑的加入降低了晶化溫度,促進了雜相的消失和晶粒的均勻分布。以2Ce O作為成核劑的樣品其介電常數(shù)為301、擊穿強度為425k V/cm,獲得了最大的儲能密度高達2.41J/cm3。其次,本論文研究了3(Na,K)Nb O鐵電玻璃陶瓷。實驗采用熔融法制備3(Na,K)Nb O基質(zhì)玻璃,以2 2 2 5 2 3 2Na O-K O-Nb O-B O-Si O為玻璃系統(tǒng)。實驗研究了配方中玻璃相含量對玻璃陶瓷晶化溫度、晶相組成、微觀形貌、介電性能以及介電弛豫的影響。實驗結(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,擊穿場強保持在一個較高的水平和更為穩(wěn)定的范圍;配方中玻璃原料為80.0wt%的3(Na,K)Nb O玻璃陶瓷介電性能最好。本論文采用復阻抗圖譜、活化能、抗擊穿強度和介電常數(shù)來研究晶化溫度與3(Na,K)Nb O玻璃陶瓷鐵電性能的相關(guān)性,同時選取2Ba F、2Zr O和2Ce O三種成核劑來優(yōu)化材料性能。結(jié)果表明:所有樣品的DSC測試結(jié)果均出現(xiàn)兩個放熱峰,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,因而平均擊穿強度較高達523k V/cm。以2Ce O為成核劑,在第一個放熱峰溫度下晶化處理后,3(Na,K)Nb O玻璃陶瓷的介電常數(shù)為291,獲得了最高的儲能密度1.94 J/cm3。
【關(guān)鍵詞】：鈮酸鹽 介電常數(shù) 擊穿場強 儲能密度 玻璃陶瓷
【學位授予單位】：陜西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ171.733;TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-19
• 1.1 前言12
• 1.2 鐵電玻璃陶瓷簡介12-13
• 1.2.1 玻璃陶瓷的定義及特性12
• 1.2.2 玻璃陶瓷的制備方法12-13
• 1.2.3 鐵電玻璃陶瓷種類13
• 1.3 鐵電玻璃陶瓷系統(tǒng)的選擇13-14
• 1.3.1 Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6鐵電玻璃陶瓷14
• 1.3.2 (Na, K)NbO_3鐵電玻璃陶瓷14
• 1.4 影響鈮酸鹽玻璃陶瓷儲能密度的性能參數(shù)14-15
• 1.4.1 介電常數(shù)14-15
• 1.4.2 介電損耗15
• 1.4.3 擊穿強度15
• 1.5 影響鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷儲能特性的主要因素15-17
• 1.5.1 玻璃相組成15-16
• 1.5.2 玻璃相含量16
• 1.5.3 熱處理溫度16-17
• 1.5.4 成核劑17
• 1.6 鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷儲能密度的計算17-18
• 1.7 研究目的及主要內(nèi)容18-19
• 2 實驗方案設(shè)計與研究路線19-23
• 2.1 實驗原料19
• 2.2 實驗儀器及測試設(shè)備19-20
• 2.3 實驗方案設(shè)計20
• 2.3.1 (Ba_(0.5)Sr_(0.5))Nb_2O_6玻璃陶瓷的制備20
• 2.3.2 (Na, K)NbO_3玻璃陶瓷的制備20
• 2.4 實驗研究路線20-21
• 2.5 表征與性能測試21-23
• 3 (Ba_(0.5)Sr_(0.5))Nb_2O_6鐵電玻璃陶瓷的介電性能的研究23-46
• 3.1 玻璃相含量對(Ba_(0.5)Sr_(0.5))Nb_2O_6玻璃陶瓷玻璃介電性能的影響23-32
• 3.1.1 實驗過程23-25
• 3.1.2 結(jié)果與討論25-31
• 3.1.3 本節(jié)小結(jié)31-32
• 3.2 退火溫度對(Ba_(0.5)Sr_(0.5))Nb_2O_6玻璃陶瓷介電性能的影響32-38
• 3.2.1 實驗過程32-33
• 3.2.2 結(jié)果與討論33-38
• 3.2.3 本節(jié)小結(jié)38
• 3.3 成核劑對(Ba_(0.5)Sr_(0.5))Nb_2O_6玻璃陶瓷介電性能的影響38-45
• 3.3.1 實驗過程38-39
• 3.3.2 結(jié)果與討論39-44
• 3.3.3 本節(jié)小結(jié)44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 (Na, K)NbO_3鐵電玻璃陶瓷的介電性能的研究46-64
• 4.1 玻璃相含量對(Na, K)NbO_3玻璃陶瓷介電性能的影響46-54
• 4.1.1 實驗過程46-47
• 4.1.2 結(jié)果與討論47-53
• 4.1.3 本節(jié)小結(jié)53-54
• 4.2 晶化溫度對(Na, K)NbO_3玻璃陶瓷介電性能的影響54-63
• 4.2.1 實驗過程54-55
• 4.2.2 結(jié)果與討論55-62
• 4.2.3 本節(jié)小結(jié)62-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 5 結(jié)論64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-72
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄72-73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 高健;毛昌輝;唐群;杜軍;李宏濤;章林文;;Nb_2O_5含量對Na_2O-PbO-Nb_2O_5-SiO_2玻璃陶瓷體系晶化過程和介電性能的影響[J];稀有金屬;2008年04期

，

本文編號：959906