高儲能密度鈮酸鹽鐵電玻璃陶瓷制備及性能研究.pdf

1、本論文在 BaO-SrO-Nb2O5-B2O3-SiO2玻璃中引入 Na2O、TiO2、BaF2,采用差熱分析儀、X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和電學性能測試儀等系統(tǒng)研究了添加氧化物、氟化物對SBN玻璃陶瓷相組成、顯微結構、介電性能、體積電阻率、擊穿強度及析晶動力學的影響規(guī)律。主要結果如下:
　　系統(tǒng)地探討了氧化鈉對 SBN玻璃陶瓷的析晶動力學、相組成及電性能的影響:氧化鈉的加入降低了玻璃轉變溫度(Tg)和第一析晶放熱峰溫度(Tp

2、1),而第二析晶放熱峰(Tp2)則呈先降后升又降的變化。未添加氧化鈉樣品析出Ba0.5Sr0.5Nb2O6單相,氧化鈉含量為5％時 Ba0.25Sr0.75Nb2O6成為主相。當氧化鈉含量大于10%時,主晶相為Ba0.25Sr0.75Nb2O6,但同時析出NaSr1.2Ba0.8Nb5O15、Na2Ba2Si2O7和Ba3Nb10O28相;當Na2O含量達到15mol%時,其它晶相的種類保持不變,同時析出Na2Nb8O21晶體。體積電阻

3、率和擊穿強度均隨氧化鈉含量的增加而降低,介電常數(shù)隨氧化鈉含量的增加呈“N”字母變化。未添加氧化鈉試樣的擊穿強度最大為1500KV/cm,其儲能密度達3J/cm3。將含5%氧化鈉的SBN玻璃陶瓷作為典型組分進行不同溫度熱處理,所有樣品均析出Ba0.27Sr0.75Nb2O6單相,體積電阻率呈“V”字母變化。介電常數(shù)、擊穿強度、儲能密度均隨晶化溫度的升高而增大,儲能密度最大為4J/cm3。
　　研究了二氧化鈦對SBN玻璃陶瓷的析晶動力

4、學、相組成及電性能的影響:二氧化鈦的加入降低了析晶峰溫度(Tp),但析晶活化能 E則呈先升高后降低的變化;當二氧化鈦為5%時,析晶活化能最大為359.46KJ/mol,動力學參數(shù)K(Tp)為0.174。未添加二氧化鈦樣品析出Ba0.25Sr0.75Nb2O6單相,二氧化鈦含量為1%時,主晶相不變強度有所增加;當二氧化鈦含量大于3%時,主晶相為Ba0.25Sr0.75Nb2O6,但出現(xiàn)第二相Ba3SrNb2O9和NaBa5TiNb9O30

5、相。介電常數(shù)和體積電阻率均隨二氧化鈦含量的增加呈先增后減的趨勢。擊穿強度隨二氧化鈦含量的增加而降低。未添加二氧化鈦試樣的擊穿強度最大為1200 KV/cm,其儲能密度達2.8 J/cm3。將含5%二氧化鈦的SBN玻璃陶瓷作為典型組成,研究了不同熱處理溫度對其相組成和電性能的影響:800℃時析出Ba0.27Sr0.75Nb2O6鐵電相,850℃時析出次晶相Ba3SrNb2O9,當晶化溫度達到950℃時,樣品中主晶相不變析出NaBa5TiN

6、b9O30。隨著晶化溫度的升高介電常數(shù)和介電損耗均呈先升后降的變化趨勢,提高晶化溫度使擊穿強度降低,儲能密度呈“V”字母變化。
　　研究了氟化鋇對 SBN玻璃陶瓷析晶行為、相組成及電性能的影響:隨著氟化鋇含量的增加,玻璃轉變溫度(Tg)和第一析晶放熱峰(Tp1)溫度呈“N”字母變化;第二析晶峰溫度(Tp2)、析晶活化能 E和析晶動力學參數(shù) K(Tp)均逐漸升高。在800℃/3h+900℃/3h進行熱處理,未添加氟化鋇樣品析出Ba0

7、.25Sr0.75Nb2O6單相;氟化鋇含量為1%時,主晶相不變強度有所增加;當氟化鋇含量大于3%時,主晶相仍不變強度有所下降;繼續(xù)增加氟化鋇含量為5%時主晶相仍為 Ba0.25Sr0.75Nb2O6,但出現(xiàn)Ba3SrNb2O9和BaBF5相;當氟化鋇含量達到7%時非鐵電相BaBF5數(shù)量增加。介電常數(shù)、體積電阻率和擊穿強度均隨氟化鋇含量的增加呈“M”字母變化。添加 BaF2含量為1%時,試樣的擊穿強度最大為1400 KV/cm,其儲能密