SiO2包覆BaTiO3粉體及其對陶瓷材料儲能特性的影響.pdf

1、脈沖形成線是實現(xiàn)電功率壓縮和電壓波形整形的關(guān)鍵器件。固態(tài)脈沖形成線的小型化關(guān)鍵是制備出具有高介電常數(shù)、高耐電壓特性儲能介質(zhì)陶瓷材料。通過研究，本文獲得了一種具有“核殼”型結(jié)構(gòu)的SiO2包覆BaTiO3粉體，探索了該“核殼”型粉體對陶瓷材料微觀結(jié)構(gòu)與儲能性能的影響，為獲得脈沖功率技術(shù)用高介電常數(shù)、高耐電壓特性的新型儲能介質(zhì)陶瓷奠定一定基礎(chǔ)。
　　論文首先了探索具有“核殼”型結(jié)構(gòu)的BaTiO3粉體的合成方法，通過對比實驗分析了粉體結(jié)構(gòu)

2、對儲能介質(zhì)陶瓷的電學(xué)性能的影響，研究內(nèi)容如下：
　　（1）采用St(o)ber方法制備了“核殼”型SiO2包覆BaTiO3粉體，研究表明：SiO2可以均勻的包覆在不同顆粒度的BaTiO3粉體表面，制備不同顆粒度的“核殼”型粉體；在 pH及溶液濃度不變的情況下，通過控制（TEOS）正硅酸四乙酯的加入量可以調(diào)控粉體顆粒的殼層厚度，制備出不同殼層厚度的“核殼”型粉體材料。
　?。?）通過對顆粒度為100nm的“核殼”型結(jié)構(gòu)粉體制備

3、的儲能介質(zhì)陶瓷研究發(fā)現(xiàn)：當SiO2含量為3wt％時，該介質(zhì)陶瓷1kHz室溫下介電常數(shù)達到1600左右；同時能夠承擔157kV/cm電壓，獲得0.837J/cm3的儲能密度，相對于純BaTiO3陶瓷性電學(xué)性能有很大提高；但大部分陶瓷介質(zhì)材料漏電流較大耐電壓特性并沒有呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。通過對顆粒度為300nm的“核殼”型結(jié)構(gòu)粉體制備的儲能介質(zhì)陶瓷研究發(fā)現(xiàn)：由于SiO2殼層的存在燒結(jié)后基體晶粒尺寸沒有變化，介溫性能得到改善，耐擊穿強度隨著Si

4、O2含量增加而增加。其中2wt% SiO2包覆的粉體燒結(jié)后獲得的陶瓷介質(zhì)材料1kHz室溫下介電常數(shù)達到2416，損耗約1%左右；介溫性能滿足X8R性能指標；耐電壓特性提高到201kV/cm，獲得1.2 J/cm3的儲能密度，是一種較好的儲能介質(zhì)材料有利于脈沖形成線小型化的發(fā)展。
　?。?）進一步研究了微量Nb2O5混入“核殼”型BaTiO3粉體制備的摻雜型儲能介質(zhì)陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，探討了不同氣氛燒結(jié)及熱處理下陶瓷材料的性能變化

5、規(guī)律。研究表明，高溫氣氛燒結(jié)對“核殼”型BaTiO3粉體制備的陶瓷介質(zhì)材料介電性能影響很小，有利于賤金屬電極在該材料小型化過程中的使用。當混入微量Nb2O5于“核殼”型BaTiO3粉體中，經(jīng)氮氣氣氛下燒結(jié)獲得的摻雜型陶瓷介質(zhì)材料1kHz室溫介電常數(shù)達到57000，損耗約8%左右；通過對該材料800℃保溫6h熱處理，1kHz室溫介電常數(shù)保持在16500，損耗約4%左右，可以承受37.7kV/cm的電壓；提高對該材料的熱處理溫度及時間到95