BST基温度稳定型高压电容器介质陶瓷的制备与研究

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随着电子设备小型化及环保需求的不断推进,性能优越且环境友好的高压电容器元件的研制与应用势在必行。本文旨在于钛酸锶钡(BST)基陶瓷体系中获得具有高介电常数、低介电损耗、高耐压强度、低容温变化率的电容器介质材料。本实验在传统固相法基础上,创新性的引入二次配料工艺,首次成功制备了稀土元素氧化物RE2O3 (RE=Y、La、Nd、Dy)和Sb2O3掺杂的钛酸锶钡(BST)基介电陶瓷,分别系统研究了工艺条件和配方组成对该体系介电陶瓷性能的影响,发现在适当的煅烧温度、烧结温度及保温时间下,减小体系中Sr含量,增大RE2O3及Sb2O3掺杂量易于获得温度稳定性高的高压电容器陶瓷材料。借助X射线衍射(XRD)以及环境扫描电子显微镜(ESEM)分析了该体系的物相结构和微观形貌,结果表明随Sb2O3掺杂量增大该BST基介电陶瓷由钙钛矿结构单相化合物转变为细晶多相化合物,而改变Sr含量和RE2O3添加量该体系介电陶瓷的物相结构无显著变化。根据平均晶胞常数的变化,本文揭示了RE2O3和Sb2O3在BST钙钛矿结构中的取代特性,认为稀土元素离子RE3+应占据晶格A位,而Sb3+随掺杂量的增大由A位施主添加剂变为B位受主添加剂。依据取代特性首次建立了该陶瓷体系的缺陷模型。结合击穿理论以及展宽理论,探讨了Sb2O3在该BST基介电陶瓷中的改性机理,提出陶瓷气孔率以及电致应变所伴生的应力减小是Sb2O3提高BST基介电陶瓷体系耐压强度的主要原因,而相变扩散、固溶缓冲以及粒界缓冲效应的同时发生是Sb2O3增强体系温度稳定性的原因。1.6wt%Sb2O3掺杂的(Ba0.952Sr0.04La0.008)TiO3.004陶瓷在室温下具有高介电常数(εr=2326)、低介电损耗( tanδ=0.0074)、高耐压强度( E b=4.5 kV / mm)且其温度特性稳定(ΔC /C<±17%,-25 oC85 oC),有望做为环境友好的温度稳定型介电材料应用于高压电容器行业。
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