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CaTiO_3陶瓷的性能调控

赵妍  
【摘要】:电介质电容器是脉冲功率电路中的关键储能元件,其功率密度比其他储能材料高。CaTiO3作为最早发现的钙钛矿结构代表和典型的线性电介质,由于具有独特的物理性质和较高的相对介电常数、负温度系数,而被广泛用于高频陶瓷电容器材料。同时,电介质材料的微观形貌对其储能和介电性能等具有较大的影响,故本课题意在通过调控陶瓷微观形貌来达到优化CaTiO3陶瓷储能性能的目的。本课题采用溶胶凝胶法制备CaTiO3纳米颗粒,通过改变前驱体浓度以及煅烧温度,制备出形貌可控的CaTiO3单相纳米颗粒;通过传统固相烧结方法,改变烧结温度和时间,调控CaTiO3陶瓷形貌;对比放电等离子烧结,利用两种烧结方法成功制备出晶粒细小、致密、均匀的CaTiO3单相陶瓷。同时,探究了制备条件对陶瓷形貌、介电强度以及储能密度的影响因素,并提高了 CaTi03陶瓷的储能密度。当煅烧温度一定时,降低前驱体浓度,CaTi03颗粒尺寸增大。当前驱体浓度一定时,提高煅烧温度,CaTi03颗粒尺寸随之增大。CaTiO3陶瓷致密度下降,介电强度减小,储能密度随之减小;致密度最高的CaTiO3陶瓷,介电强度也最大。对0.5倍浓度前驱体反应后的产物,700℃煅烧1 h之后在1350 ℃下烧结2 h,得到了烧结性能较好、储能性能优良的陶瓷,储能密度为5.20 J/cm3。利用SPS烧结,可得到平均晶粒尺寸1μm以下的CaTi03陶瓷,储能密度为3.16J/cm3。陶瓷的晶粒大小和均匀致密程度越高,其介电强度和储能密度越高。


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