Zr-0.39Sn-0.32Nb合金微弧氧化膜变温介电性能研究

摘要

目的研究锆合金微弧氧化膜的介电性能随温度的变化规律,了解−100~250℃范围内它们的介电频谱特性。方法采用恒压模式的双极性微弧氧化脉冲电源,在硅酸盐电解液中对Zr-0.39Sn-0.32Nb合金进行微弧氧化处理,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及激光拉曼光谱仪(Raman),分析微弧氧化陶瓷膜的形貌和相组成。采用变温介电谱仪测量−100~250℃范围内不同厚度微弧氧化膜的介电常数、介电损耗以及电导率随环境温度变化的频谱图(0.01 Hz~1 MHz)。结果Zr-0.39Sn-0.32Nb合金表面制备出20~45μm厚的微弧氧化陶瓷膜,它们都由m-ZrO_(2)单斜相和少量t-ZrO_(2)四方相组成。微弧氧化膜的致密内层对其介电特性影响较大,多孔外层降低其绝缘性能。在−100~250℃范围内,微弧氧化膜的低频区介电常数、介电损耗、电导率均随着温度的增加而快速增加,而温度对它们在高频区的影响较小。同时,在0~100℃范围内,锆合金微弧氧化膜介电性能稳定。在50 Hz工频和20℃环境中,微弧氧化膜的导电率约为10^(−12) S/m。结论环境温度对锆合金微弧氧化陶瓷膜介电特性有较大影响,特别在低频区变化显著。