本文關(guān)鍵詞：放電等離子燒結(jié)法制備高儲能密度的鈦酸鍶鋇基陶瓷

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【摘要】：隨著脈沖功率技術(shù)和儲能器件的發(fā)展,對電能儲存器件的高密度、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、充放電時間短、老化速度慢、機械性能好、溫度穩(wěn)定性高等優(yōu)點備受關(guān)注,但具有較多氣孔、雜質(zhì)等缺陷導(dǎo)致?lián)舸﹫鰪娸^低,整體的儲能密度不高。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是通過脈沖電流的焦耳熱以及機械加壓作用達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,并對其進行多種添加改性,結(jié)合SPS的燒結(jié),達到提高其擊穿場強和儲能密度的目的。同時系統(tǒng)地探索了其結(jié)構(gòu)、微觀形貌、介電性能和儲能性能等,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小。同時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,SPS燒結(jié)對陶瓷電介質(zhì)材料的儲能性能有較好的提高作用,對于純Ba0.6Sr0.4TiO3材料,擊穿場強為230kV/cm,儲能密度達到了1.28J/cm3。在Ba0.6Sr0.4TiO3中添加了適量57%SiO2-17%A12O3-15%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強：(1)玻璃作為燒結(jié)助劑,進一步降低燒結(jié)溫度,細化晶粒；(2)利用了玻璃的液相燒結(jié)機制,減小樣品的晶粒尺寸、氣孔缺陷等,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強。陶瓷的電滯回線呈現(xiàn)細長型,剩余極化強度減小,因此使得儲能密度得到提高。當(dāng)玻璃添加量在5wt%時,擊穿場強達到了440kV/cm,此時儲能密度為2.0 J/cm3。相比于純Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷,擊穿場強提高了91.3%,而儲能密度提高了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)控晶粒生長的作用,其微觀晶粒結(jié)構(gòu)均勻致密,擊穿場強也有一定的提高。結(jié)果表明,當(dāng)ZnO添加量為1mo1%時,陶瓷的擊穿場強為260kV/cm,儲能密度達1.55J/cm3,儲能效率有90.1%。
【關(guān)鍵詞】：放電等離子燒結(jié) 鈦酸鍶鋇陶瓷 玻璃 氧化鋅 擊穿場強 儲能密度
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.756
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-32
• 1.1 引言10-12
• 1.2 電介質(zhì)儲能材料概述12-23
• 1.2.1 電介質(zhì)儲能原理12-14
• 1.2.2 電介質(zhì)儲能密度的影響因素14-15
• 1.2.3 高儲能密度電介質(zhì)材料研究現(xiàn)狀15-23
• 1.2.3.1 聚合物電介質(zhì)材料15-18
• 1.2.3.2 玻璃陶瓷電介質(zhì)材料18-21
• 1.2.3.3 陶瓷電介質(zhì)材料21-23
• 1.3 Ba_(1-x)Sr_xTiO_3基儲能陶瓷23-25
• 1.3.1 Ba_(1-x)Sr_xTiO_3的晶體結(jié)構(gòu)23-24
• 1.3.2 Ba_(1-x)Sr_xTiO_3基陶瓷的儲能性能24-25
• 1.4 放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)25-29
• 1.4.1 SPS技術(shù)的原理與裝置26-28
• 1.4.2 SPS技術(shù)的應(yīng)用28-29
• 1.4.2.1 納米材料28
• 1.4.2.2 梯度功能材料28-29
• 1.4.2.3 電磁材料29
• 1.4.2.4 陶瓷材料29
• 1.4.3 SPS技術(shù)展望29
• 1.5 課題的提出與研究內(nèi)容29-32
• 第二章 放電等離子燒結(jié)制備Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3-Glass復(fù)相陶瓷32-50
• 2.1 前言32
• 2.2 試樣制備與測試32-35
• 2.2.1 試樣的制備32-34
• 2.2.1.1 Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3粉末的制備32-33
• 2.2.1.2 57%SiO_2-17%Al_2O_3-15%B_2O_3-9%ZnO-2%K_2O玻璃粉末的制備33-34
• 2.2.1.3 放電等離子燒結(jié)制備(100-x)wt%Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3-xwt%Glass復(fù)相陶瓷34
• 2.2.2 試樣的測試34-35
• 2.2.2.1 密度測試34
• 2.2.2.2 X射線衍射測試34-35
• 2.2.2.3 SEM測試35
• 2.2.2.4 介電性能測試35
• 2.2.2.5 鐵電性能測試35
• 2.3 實驗結(jié)果與討論35-47
• 2.3.1 燒結(jié)特性35-37
• 2.3.2 相組成及分析37-39
• 2.3.3 微結(jié)構(gòu)分析39-40
• 2.3.4 介電性能40-43
• 2.3.5 儲能性能43-47
• 2.4 小結(jié)47-50
• 第三章 放電等離子燒結(jié)制備Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3-ZnO復(fù)相陶瓷50-60
• 3.1 引言50
• 3.2 試樣制備與測試50-51
• 3.2.1 試樣的制備50
• 3.2.2 試樣的測試50-51
• 3.3 實驗結(jié)果與討論51-59
• 3.3.1 燒結(jié)特性51-52
• 3.3.3 微結(jié)構(gòu)分析52-54
• 3.3.4 介電性能54-56
• 3.3.5 儲能性能56-59
• 3.4 小結(jié)59-60
• 第四章 總結(jié)60-62
• 參考文獻62-70
• 致謝70-72
• 個人簡歷72-74
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其它研究成果74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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本文編號：664738