(Sr，Pb)TiO、(Ba，Sr，Ca)TiO基高压陶瓷电容材料制备及掺杂改性研究

摘要

结合高压陶瓷电容器对陶瓷材料高介电常数、低介电损耗、高耐压强度以及良好的温度稳定特性的要求,本工作选择(Sr,Pb)TiO3和(Ba,Sr,Ca)TiO3系陶瓷介质材料,采用固相反应合成法制备0.73SrTiO3-0.18PbTiO3-0.09Bi2O3·3T1O2(简称SPBT)和Ba0.6Sr0.3Ca0.1TiO3(简称BSCT)陶瓷。对于SPBT材料,研究了预烧工艺及La2O3的添加对材料结构与性能的影响。在BSCT材料中研究了Bi2O3·3TiO2的最佳添加量,确定基础配方。在此基础上,研究了Cr2O3、Cr2O3+Nb2O5、CeO2的添加对BSCBT陶瓷材料介电常数、介电损耗、直流耐压及温度稳定性的影响。
　　 比较经过预烧合成和直接烧结制备的SPBT陶瓷样品的介电性能,结果表明,预烧对材料的介电常数及直流耐压有着比较显著的影响,预烧后陶瓷材料介电常数约为不预烧时材料介电常数的二分之一,但直流耐压明显提高。在SPBT材料中添加La2O3,当添加量x=0.2wt％时,在850℃保温2h预烧和1060℃烧结1h条件下制得的陶瓷材料具有优良的性能,εTr3=1822,tanδ=0.0042,Eb=11kV/mm,且在-20℃～100℃温度范围内,材料容温变化率为-29.30％≤K≤+15.04％。
　　 对于基础配方BSCBT,分别采用Cr2O3、Cr2O3+Nb2O5、CeO2进行了掺杂改性。实验结果表明:Cr2O3的最佳掺杂量为0.2wt％,此时材料εTr3=1778,tanδ=0.0060,Eb=12.2kV/mm,在-20℃～+100℃温度范围内,材料的容温变化率为-43.41％≤K≤+20.44％,在高温区域,材料的温度稳定性有所改善。当保持CrzO3掺杂量为0.2wt％,另复合掺杂0.1wt％的Nb2O5时,材料εTr3=1779,tanδ=0.0068,Eb=13.158kV/mm,在-20℃～+100℃温度范围内,材料的容温变化率为-30.73％≤K≤+23％,在高温区域,温度稳定性较单独掺杂Cr2O3有一定的改善。当掺杂0.2wt％的CeO2时,材料εTr3=1730,tanδ=0.0060,Eb=13.125kV/mm,在-20℃～+100℃温度范围内,材料的容温变化率为-43.83％≤K≤+16.05％,在高温区域,材料的温度稳定性有所改善。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究高压陶瓷电容材料的重要意义

1.2 高压陶瓷电容材料的研究现状

1.2.1 BaTiO3系介质材料

1.2.2 SrTiO3系介质材料

1.2.3 反铁电介质材料

1.3 高压陶瓷电容材料的发展趋势

1.4 本课题的选题依据和主要研究内容

2 高压陶瓷电容材料的制备及性能测试

2.1 高压陶瓷电容材料的制备

2.2 SPBT和BSCBT基陶瓷电容材料的结构分析及性能测试

3 SPBT基高压陶瓷电容材料的制备及掺杂研究

3.1 预烧工艺对SPBT材料结构与介电性能的影响

3.1.1 预烧工艺对SPBT材料相结构与显微组织形貌的影响

3.1.2 预烧工艺对SPBT材料介电性能的影响

3.2 La2O3掺杂对SPBT材料相结构及介电性能的影响

3.3 本章小结

4 BSCBT高压陶瓷电容材料的制备及掺杂改性研究

4.1 BSCBT材料的制备研究及性能分析

4.1.1 Bi2O3·3TiO2对基体陶瓷相结构的影响

4.1.2 Bi2O3·3TiO2对基体介电性能的影响

4.2 金属氧化物Cr2Os掺杂对BSCBT材料的影响

4.2.1 Cr2Os掺杂BSCBT陶瓷相结构与显微组织形貌影响

4.2.2 Cr2O3掺杂对BSCBT材料介电性能的影响

4.2 Cr2O3和Nb2O5复合掺杂对BSCBT材料的影响

4.2.1 Cr2O3和Nb2O5复合掺杂BSCBT陶瓷的相结构与显微组织形貌影响

4.2.2 Cr2O3和Nb2O5复合掺杂对BSCBT材料介电性能的影响

4.3 稀土氧化物CeO2掺杂对BSCBT材料的影响

4.3.1 CeO2掺杂BSCBT陶瓷相结构与显微组织形貌影响

4.3.2 CeO2掺杂对BSCBT材料介电性能的影响

4.5 SPBT和BSCBT两种高压陶瓷电容材料性能比较

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢