BST基温度稳定型高压电容器介质陶瓷的制备与研究

摘要

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(Eb=4.5kV/mm)且其温度特性稳定(△C/C＜±17％,-25℃～85℃)，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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1铁电体概述

1.1.1铁电体的研究进展

1.1.2铁电体的宏观效应

1.2钙钛矿型铁电体

1.2.1钛酸铋钠铁电体

1.2.2铌酸盐铁电体

1.2.3钛酸钡铁电体

1.3电介质陶瓷的基本电学性能及极化、击穿机理

1.3.1介电常数

1.3.2介电损耗

1.3.3电导率

1.3.4绝缘强度

1.3.5电介质陶瓷的极化机理

1.3.6电介质陶瓷的击穿机理

1.4钛酸钡介电陶瓷的研究

1.4.1钛酸钡粉体的制备

1.4.2钛酸钡介电陶瓷的改性

1.5 BST介电陶瓷的研究

1.5.1 BST陶瓷的相变

1.5.2 BST陶瓷的介电性能

1.5.3 BST介电陶瓷的改性

1.6课题的提出

第二章 BST基介电陶瓷的制备与测试

2.1 BST基介电陶瓷的制备

2.1.1制备BST基介电陶瓷的主要原料

2.1.2制备BST基介电陶瓷的仪器设备

2.1.3制备BST基介电陶瓷的工艺过程

2.2 BST基介电陶瓷的分析与测试

2.2.1 BST基陶瓷的微观结构及形貌分析

2.2.2 BST基陶瓷的介电性能测试

附图

第三章工艺条件对BST基介电陶瓷的影响

3.1煅烧温度对BST基介电陶瓷的影响

3.1.1不同煅烧温度BST基粉体的XRD分析

3.1.2煅烧温度对BST基陶瓷介电性能的影响

3.2烧结温度对BST基介电陶瓷的影响

3.2.1不同烧结温度BST基陶瓷的XRD分析

3.2.2烧结温度对BST基陶瓷介电性能的影响

3.3保温时间对BST基介电陶瓷的影响

3.3.1不同保温时间BST基陶瓷的SEM分析

3.3.2保温时间对BST基陶瓷介电性能的影响

3.4本章小结

第四章BST基介电陶瓷的改性机理

4.1 BST基介电陶瓷居里峰展宽机理

4.1.1相变扩散型展宽机理

4.1.2固溶缓冲型展宽机理

4.1.3粒界缓冲型展宽机理

4.2 BST基介电陶瓷居里峰移动机理

第五章(Ba1-x-ySrxYy)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

5.1(Ba0.992-xSrxY0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

5.1.1(Ba0.992-xSrxY0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

5.1.2(Ba0.992-xSrxY0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

5.2(Ba0.74-ySr0.26Yy)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

5.2.1(Ba0.74-ySr0.26Yy)TiO3+y/2基介电陶瓷的XRD分析

5.2.2(Ba0.74-ySr0.26Yy)TiO3+y/2基介电陶瓷的性能

5.3 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Y0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

5.3.1 Sb2O3掺杂Ba0.732Sr0.26Y0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

5.3.2 Sb2O3掺杂Ba0.732Sr0.26Y0.008)TiO3.004基介电陶瓷的微观形貌

5.3.3 Sb2O3掺杂Ba0.732Sr0.26Y0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

5.4本章小结

第六章(Ba1-x-ySrxLay)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

6.1(Ba0.992-xSrxLa0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

6.1.1(Ba0.992-xSrxLa0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

6.1.2(Ba0.992-xSrxLa0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

6.2(Ba0.74-ySr0.26Lay)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

6.2.1(Ba0.74-ySr0.26Lay)TiO3+y/2基介电陶瓷的XRD分析

6.2.2(Ba0.74-ySr0.26Lay)TiO3+y/2基介电陶瓷的性能

6.3 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26La0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

6.3.1 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26La0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

6.3.2 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26La0.008)TiO3.004基介电陶瓷的微观形貌

6.3.3 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26La0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

6.4本章小结

第七章(Ba1-x-ySrxNdy)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

7.1(Ba0.992-xSrxNd0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

7.1.1(Ba0.992-xSrxNd0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

7.1.2(Ba0.992-xSrxNd0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

7.2(Ba0.74-ySr0.26Ndy)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

7.2.1(Ba0.74-ySr0.26Ndy)TiO3+y/2基介电陶瓷的XRD分析

7.2.2(Ba0.74-ySr0.26Ndy)TiO3+y/2基介电陶瓷的性能

7.3 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Nd0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

7.3.1 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Nd0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

7.3.2 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Nd0.008)TiO3.004基介电陶瓷的微观形貌

7.3.3 Sb203掺杂(Ba0.732Sr0.26Nd0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

7.4本章小结

第八章(Ba1-x-ySrxDyy)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

8.1(Ba0.992-xSrxDy0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

8.1.1(Ba0.992-xSrxDy0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

8.1.2(Ba0.992-xSrxDy0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

8.2(Ba0.74-ySr0.26Dyy)TiO3+y/2基介电陶瓷的结构与性能

8.2.1(Ba0.74-ySr0.26Dyy)TiO3+y/2基介电陶瓷的XRD分析

8.2.2(Ba0.74-ySr0.26Dyy)TiO3+y/2基介电陶瓷的性能

8.3 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Dy0.008)TiO3.004基介电陶瓷的结构与性能

8.3.1 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Dy0.008)TiO3.004基介电陶瓷的XRD分析

8.3.2 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Dy0.008)TiO3.004基介电陶瓷的微观形貌

8.3.3 Sb2O3掺杂(Ba0.732Sr0.26Dy0.008)TiO3.004基介电陶瓷的性能

8.4本章小结

第九章BST基介电陶瓷的缺陷模型

9.1 RE2O3掺杂BST介电陶瓷的缺陷模型

9.2 Sb2O3掺杂BST基介电陶瓷的缺陷模型

第十章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢