论文部分内容阅读
电介质陶瓷电容器具有充放电速度快、功率密度高、安全可靠和抗循环老化能力强的特点,但是储能密度低、储能效率低限制着其应用性。本论文采用溶胶-凝胶法和草酸盐沉淀法制备了不同比例的钛酸锶钡（BST）/氧化锆（ZrO2）复合粉体及陶瓷,n（BST）/n（ZrO2）比分别为4/1、8/1、12/1、16/1、20/1和24/1,研究了BST粉体不同球磨时间对BST/ZrO2陶瓷物相、形貌和介电性能的影响,对比研究了两步烧结法、传统烧结法和埋粉烧结法对不同组分BST/ZrO2陶瓷的物相、形貌、介电和储能特性的影响。主要工作如下:首先,采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿相的BST粉体并利用球磨工艺进一步细化了BST粉体,研究了聚乙二醇400含量对BST颗粒在溶液中分散性的影响,确定了1.2wt%为最佳用量;采用草酸盐沉淀法制备了四方相的氧化锆粉体,采用改进的草酸盐沉淀法制备了不同n（BST）/n（ZrO2）的BST/ZrO2复合粉体,物相分析和EDS mapping分析结果表明复合粉体形成了BST@ZrO2包覆结构。其次,研究了BST粉体不同的球磨时间对BST/ZrO2（摩尔比4:1）陶瓷结构和介电性能的影响规律。结果表明,BST粉体球磨2h时,粒径大小及均匀度相对较好,此时BST/ZrO2陶瓷的相对介电常数较高,室温下为1150,在-60℃—140℃范围内介电常数温度稳定性较好,容温变化率为-14%10%,介电损耗较低,室温下为0.04。再次,系统研究了两步烧结、传统烧结和埋粉烧结三种方法制备的不同组分BST/ZrO2陶瓷物相、显微结构和电性能的变化规律,优化了烧结工艺和陶瓷性能。结果表明采用两步法制备陶瓷,获得n（BST）/n（ZrO2）为24/1的复合陶瓷较为致密,介电常数为812,介电损耗为0.01,可释放的能量密度为150×10-3J/cm3,储能效率为85%。利用传统烧结法烧结陶瓷,当烧结温度为1325℃时,陶瓷的介电常数最大,介电损耗较小,其中,n（BST）/n（ZrO2）为12/1的复合陶瓷室温下介电常数为634,介电损耗为0.020,储能特性较好,可释放的能量密度为113×10-3J/cm3,储能效率为70%。采用埋粉烧结法制备陶瓷,n（BST）/n（ZrO2）为12/1的复合陶瓷介电性能较好,室温介电常数为730,介电损耗仅为0.0004,可释放的能量密度为25.8×10-3J/cm3,储能效率为83%。三种烧结方法研究结果均表明,少量复合ZrO2可以有效提高BST陶瓷的储能密度和储能效率。