Ba6-3XLn8+2xTi18O54基陶瓷(Ln=La,Sm)的微波介电性能与储能密度

摘要

本论文系统地研究了高K微波介质陶瓷Ba6-3xLn8+2xTi18O54(Ln=Sm，La)体系的结构、微波介电性能以及储能密度，着重讨论了Ba6-3xSm8+2xTi18O54的固溶限及其结构性能变化规律，并揭示了其微结构变化对介电强度与能量储存密度的影响。
　　 通过固相反应法制备得到了新钨青铜结构的Ba6-3xSm8+2xTi18O54陶瓷，结合全谱X射线衍射方法和背散射扫描电子图像分析研究了陶瓷的固溶上限和下限，并对该陶瓷体系微波介电性能的变化规律进行了分析讨论。Ba6-3xSm8+2xTi18O54固溶体的固溶上限为x=2/3；固溶下限为x=1/4，而不是之前文献报导的x=3/10。随着x的增大，Ba2+逐渐被Sm3+取代，导致总的极化率和结构稳定性显著降低，因而导致Ba6-3xSm8+2xTi18O54陶瓷的介电常数随着成分x的升高单调递减。在1/2≦x≦4/5的成分范围内，都能得到近零的谐振频率温度系数。Qf值随着x的增大先逐渐升高，在x=2/3处达到最大值，然后降低。Qf值之所以在x=2/3处达到最大值，是因为Sm和Ba分别占据了A1和A2位，使得其晶体结构最稳定、内应力最小。
　　 对Ba6-3xSm8+2xTi18O54陶瓷的介电强度和储能密度进行了系统研究，探讨了其微结构、介电常数、介电强度和储能密度之间的关系。在所研究的烧结温度范围内，所有成分都得到致密的Ba6-3xSm8+2xTi18O54陶瓷(致密度大于98％)。所有成分的晶粒尺寸都随着烧结温度的升高而增大。介电常数随频率的变化很小并且具有很低的介电损耗。介电强度随着成分x的增大逐渐升高，而储能密度则随着x的增大而降低。其中，成分x=1/4的样品烧结温度为1400℃时，在25.8kV/mm电场下可得到最大的储能密度值，0.30 J/cm3。
　　 通过标准固相反应法制备得到Ba6-3xLa8+2xTi18O54陶瓷，并对其介电强度和储能密度进行了研究，同时探讨了其微结构、介电常数、介电强度和能量储存密度之间的关系。在所研究的烧结温度范围内，所有成分都得到了致密的Ba6-3xLa8+2xTi18O54陶瓷(致密度大于98％)，而且均得到了单相。每个成分的晶粒尺寸都随着烧结温度的升高而增大。介电常数随着频率的变化很小并且具有很低的介电损耗。介电强度随着x的增大先逐渐升高，在x=2/3处达到最大值，然后降低，这是由于在x=2/3处A1和A2位分别被Sm和Ba占据而具有最低的内应力。储能密度则随着x的增大而降低。其中，成分x=1/4的样品烧结温度为1375℃时，在26.0kV/mm电场下可得到最大的储能密度值，0.38 J/cm3。