·900· 工程科学学报，第39卷，第6期 的BT陶瓷在低场强下虽然储能密度略高，但是储能 陶瓷的击穿场强[]，因此在本文中被用于提升陶瓷的 效率较低，且耐击穿性能很差，在超过60kV·cm'的场 性能.从表1可知，相比仅有AL,0,掺杂的样品，加入 强下即被击穿.依据前文分析，要提高陶瓷的击穿场 Si0,后，陶瓷密度有所提升，加入Z0后，陶瓷密度 强，一方面要提高阻抗，这可以通过添加AL,O,实现： 进一步提升，这与击穿场强的变化是一致的.加入 另一方面要降低气孔率，使烧结后的样品更加致密. Zn0后，交流击穿场强达到约l50kV·cm',最大储 而Si0,和Z0均是比较常见的陶瓷烧结助剂，有益于 能密度0.829J·cm3,储能效率则与钛酸锶钡弛豫铁 提升陶瓷的致密度，并且Z0还能有效提高钛酸锶钡 电陶瓷接近 90 0.8(a) 0.7 80 b) 0.6 70 05 4 60 03 一·一未掺杂BT 50 一·一未掺杂BT 0.2 ·-AL,0-Si0 ·-Al,0,-Si0 0.1 --A10-Si0-Zn0 -Al,0,-Si02-Zn0 30 0 30 60 90 120150 0 60 90 120150 EkV·cm- E/kV·cm) 图5陶瓷储能密度(a)及储能效率(b)随电场强度的变化 Fig.5 Energy density (a)and efficiency (b)as the function of field strength 2.3微观机理分析 于成分和结构的变化，起到抑制传质和晶界迁移，限制 为了解掺杂元素烧结后在陶瓷内的分布情况、分 晶粒生长的作用.同时AL,0,和SiO,可提升晶界电阻， 析掺杂元素与性能变化之间的关系，对陶瓷样品在透 提高击穿场强.L,0,-Si0,-Zn0掺杂，掺杂元素尤其 射电子显微镜下进行了电子能量损失谱测试，测试结 是A1元素在晶界中的偏析更加明显，其在晶界中的含 果如图6所示.AL,0,-Si0,掺杂的样品中，A1、Si元素 量相比AL,0,-SiO,掺杂的样品更高，晶粒内部的含量 比较明显的富集于晶界，晶粒内部的含量很低.这说 则更低，Z元素的分布与Al元素高度一致，几乎只 明，Al和Si元素一定程度上在晶界附近发生偏析，由 存在于晶界附近，晶粒内部难以探测到存在.从透射 b 50m 50 nm 1.6 1.2 Si 2 0.8 406080 100 100 B 位置am 位置m 图6陶瓷样品中元素的含量分布情况.(a)A山203-Si02:(b)AL203-Si02-Zn0掺杂 Fig.6 Distribution of elements in doped samples:(a)Al,O:-Si0,doped samples;(b)Al2 0:-Si02-ZnO doped sample工程科学学报,第 39 卷,第 6 期 的 BT 陶瓷在低场强下虽然储能密度略高,但是储能 效率较低,且耐击穿性能很差,在超过 60 kV·cm - 1的场 强下即被击穿. 依据前文分析,要提高陶瓷的击穿场 强,一方面要提高阻抗,这可以通过添加 Al 2 O3 实现; 另一方面要降低气孔率,使烧结后的样品更加致密. 而 SiO2和 ZnO 均是比较常见的陶瓷烧结助剂,有益于 提升陶瓷的致密度,并且 ZnO 还能有效提高钛酸锶钡 陶瓷的击穿场强[14] ,因此在本文中被用于提升陶瓷的 性能. 从表 1 可知,相比仅有 Al 2O3掺杂的样品,加入 SiO2后,陶瓷密度有所提升,加入 ZnO 后,陶瓷密度 进一步提升,这与击穿场强的变化是一致的. 加入 ZnO 后,交流击穿场强达到约 150 kV·cm - 1 ,最大储 能密度 0郾 829 J·cm - 3 ,储能效率则与钛酸锶钡弛豫铁 电陶瓷接近. 图 5 陶瓷储能密度(a)及储能效率(b)随电场强度的变化 Fig. 5 Energy density (a) and efficiency (b) as the function of field strength 图 6 陶瓷样品中元素的含量分布情况 郾 (a) Al2O3 鄄鄄 SiO2 ;(b)Al2O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄ZnO 掺杂 Fig. 6 Distribution of elements in doped samples: (a) Al2O3 鄄鄄 SiO2 doped samples; (b) Al2O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄ZnO doped sample 2郾 3 微观机理分析 为了解掺杂元素烧结后在陶瓷内的分布情况、分 析掺杂元素与性能变化之间的关系,对陶瓷样品在透 射电子显微镜下进行了电子能量损失谱测试,测试结 果如图 6 所示. Al 2O3 鄄鄄 SiO2掺杂的样品中,Al、Si 元素 比较明显的富集于晶界,晶粒内部的含量很低. 这说 明,Al 和 Si 元素一定程度上在晶界附近发生偏析,由 于成分和结构的变化,起到抑制传质和晶界迁移,限制 晶粒生长的作用. 同时 Al 2O3和 SiO2可提升晶界电阻, 提高击穿场强. Al 2O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄 ZnO 掺杂,掺杂元素尤其 是 Al 元素在晶界中的偏析更加明显,其在晶界中的含 量相比 Al 2O3 鄄鄄 SiO2掺杂的样品更高,晶粒内部的含量 则更低,Zn 元素的分布与 Al 元素高度一致,几乎只 存在于晶界附近,晶粒内部难以探测到存在. 从透射 ·900·