高体击穿强度线性介质陶瓷的制备及物性研究

基本信息
批准号:U1530156
项目类别:联合基金项目
资助金额:63.00
负责人:陈莹
学科分类:
依托单位:中国科学院上海硅酸盐研究所
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:董显林,高敏,张文斌,郭少波,杨冰冰,连建芸,赵小波
关键词:
击穿强度溶胶凝胶法CaOTiO2Al2O3介质陶瓷固态脉冲形成线
结项摘要

Pulse forming line is an extremely important component in pulse power system. Linear pulse-forming line is the key technology to realize the novel high gradient compact pulse accelerator and low maintenance cost. BaSrTiO3 based dielectric ceramic and glass ceramic have been investigated as potential candidates. However, their low breakdown strength and poor stability restrains their application. Therefore, in this project, we designed a new composite ceramic CaO-TiO2-Al2O3 with high breakdown strength and low dielectric constant. Based on our previous work, SiO2 and MgO will be added to optimize the properties of CaO-TiO2-Al2O3 dielectric ceramic. The nanopowders with double "nuclear - shell" structure will be prepared by sol gel method and liquid phase coating process. Fine controlled microstructure of dielectric ceramic will be obtained by adjusting the powder preparation and sintering process to improve the breakdown strength and reduce the dielectric constant of the materials. The influence of compositions and microstructures of the dielectric ceramic on the breakdown strength and dielectric properties will be investigated. The mechanism of the dielectric breakdown and pulse of life under high-voltage pulsed electric fields will be clarified; the key technique on the preparation of thin and long dielectric ceramic will be solved to developed low linear solid-state pulse forming line with high breakdown strength and to meet the requirement on novel high gradient pulse accelerator.

脉冲形成线是脉冲功率系统中极其重要的部件,固态介质线性脉冲形成线是实现新型高梯度脉冲加速器紧凑型、小型化和低成本维护的关键技术。目前集中研究的BaSrTiO3基介质陶瓷和玻璃陶瓷存在击穿强度低、稳定性差等不足。本项目紧密结合应用需求,设计了一种具有高击穿强度和低介电常数的介质陶瓷新体系CaO-TiO2-Al2O3,在前期工作基础上,添加SiO2和MgO等氧化物进行组成优化设计,采用溶胶凝胶法和液相包裹法相结合,制备双层“核-壳”结构纳米粉体,调节粉体制备和烧结工艺,实现介质陶瓷显微结构的精细调控,提高材料的击穿强度,降低介电常数。研究新型介质陶瓷的组成和微结构对其击穿强度和介电性能的影响规律,阐明高压脉冲电场下介质陶瓷的电击穿及其脉冲寿命的物理机制,解决制备薄长片型介质陶瓷脉冲形成线的关键技术,研制出一种高体击穿强度的低介线性固态脉冲形成线,满足我国新型高梯度脉冲加速器的需求。

项目摘要

脉冲形成线是脉冲功率系统中极其重要的部件,固态介质线性脉冲形成线是实现新型 高梯度脉冲加速器紧凑型、小型化和低成本维护的关键技术。.本项目针对脉冲功率系统对脉冲形成线的任务需求,以CaO-TiO2-Al2O3体系为基,添加变价氧化物Ni2O3、MnO2、La2O3和宽禁带氧化物SiO2、MgO、ZrO2进行多种氧化物掺杂改性和性能优化,已设计出新型的线性介质陶瓷材料体系CaO-TiO2-Al2O3-SiO2-MgO-MO,建立CaO-TiO2-Al2O3新体系线性介质陶瓷的材料组成和微结构之间关联性,改变化学组分,如,加入Ni2O3,液相增多,各相分布更均匀,体积密度增大。当Ni2O3含量从0增加到2.5wt%,陶瓷的烧结温度从1280℃降低到1230℃,陶瓷致密度提高,体积密度从3.122 g/cm3提高到3.175 g/cm3。.已采用溶胶凝胶法和液相包裹法相结合,制备出双层“核-壳”结构的纳米粉体,已采用等静压成型和固相法调控介质陶瓷的局域微结构,制备出高致密、细晶CaO-TiO2-Al2O3体系线性介质陶瓷。将陶瓷耐电强度提高了40%。化学法制粉所得陶瓷的介电性能温度、频率稳定性好,介电常数增大,介电损耗降低。研究了介质陶瓷的组成和微结构对材料击穿强度和介电性能及其稳定性的影响规律,研究了脉冲电场作用下介质陶瓷的介电性能、击穿强度和脉冲寿命随温度、脉冲频率的演变规律,阐明了高压脉冲电场作用下线性介质陶瓷的介电击穿及其脉冲寿命的物理机制。随着厚度的减小,0.8mm以后,陶瓷电击穿强度、抗折强度、弹性模量随厚度的变化呈相似的变化规律,非线性增大,可见陶瓷的电击穿性能与其气孔率和化学键强息息相关。线性介质陶瓷的电击穿物理与晶粒、晶界和非晶相的电导激活能直接关联,激活能越大,电击穿强度越大。最终研制出具有高体击穿强度的新型低介线性脉冲形成线介质陶瓷,直流电阻率高达2.82×1014 Ω·cm,电击穿强度高达82.1 kV/mm。陶瓷介电常数变化不大,介电损耗低0.0016。满足了中国工程物理研究院新型高梯度脉冲加速器研制的需求。.已发表论文5篇,另加1篇,接受,参会文章3篇;申请中国发明专利3项,美国专利1项。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
2

坚果破壳取仁与包装生产线控制系统设计

坚果破壳取仁与包装生产线控制系统设计

DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2018.21.004
发表时间:2018
3

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

DOI:
发表时间:2015
4

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.04.015
发表时间:2019
5

肉苁蓉种子质量评价及药材初加工研究

肉苁蓉种子质量评价及药材初加工研究

DOI:10.11842/wst.2017.02.019
发表时间:2017

陈莹的其他基金

批准号:61573187
批准年份:2015
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:31100427
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71173098
批准年份:2011
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:30500232
批准年份:2005
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81903052
批准年份:2019
资助金额:20.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41301031
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71802081
批准年份:2018
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81070007
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:71802199
批准年份:2018
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31700345
批准年份:2017
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81601305
批准年份:2016
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81773376
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51308050
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81702103
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81102758
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10575107
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:11303078
批准年份:2013
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71603089
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81502041
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61902029
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51601162
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41775145
批准年份:2017
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:61573168
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11075167
批准年份:2010
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
批准号:11575196
批准年份:2015
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:41005075
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21701041
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61104213
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51302295
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41375141
批准年份:2013
资助金额:86.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

高击穿场强有机包覆纳米粒子/聚丙烯复合电介质的制备与击穿机理

批准号:U1830131
批准年份:2018
负责人:闵道敏
学科分类:A31
资助金额:62.00
项目类别:联合基金项目
2

用于CO2分解及资源化利用的高密度、高介电常数、高击穿强度介电陶瓷的研究

批准号:50752002
批准年份:2007
负责人:李锐星
学科分类:E0206
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
3

高密度储能电介质陶瓷的结构调控、介电性能与击穿机制研究

批准号:50872102
批准年份:2008
负责人:刘韩星
学科分类:E0208
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
4

CaCu3Ti4O12陶瓷直流电导的调控和击穿强度的提高

批准号:50972118
批准年份:2009
负责人:李盛涛
学科分类:E0206
资助金额:32.00
项目类别:面上项目