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高功率脉冲电源系统小型化、高功率化的发展要求储能介质材料具有更高的介电常数和更高的偏置电场稳定性。钛酸锶钡陶瓷因其介电常数高、介质损耗小等优点，成为了理想的第三代脉冲形成线用介质材料之一，但强偏置电场下介电常数的非线性变化不利于其工作稳定性和高储能密度的获得。本文以顺电态Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷为研究对象，通过调节晶粒尺寸和Zr4+固溶，降低材料的介电非线性，以提高材料的工作稳定性和有效储能密度。
为此，本文开展了以下研究内容:
采用高温固相工艺，分别通过调整烧结温度(1260℃-1400℃)和保温时间(0.5h-20h)制备出晶粒尺寸在0.57μm-5.64μm和0.55μm-2.16μm之间分布的BST致密陶瓷，研究了晶粒尺寸对BST陶瓷介电性能的影响。研究结果表明晶粒尺寸的减小有利于降低样品的介电非线性，20kV/cm场强下，不同烧结温度样品中1260℃样品的可调性最低(0.98％);不同保温时间样品中，保温2h样品的可调性最低(1.27％)。晶粒尺寸的减小有助于BST陶瓷储能密度的提高，不同烧结温度样品中，1260℃样品储能密度最大(1.28J/cm3);对于不同保温时间样品，保温2h样品储能密度最大(1.20J/cm3)。
本文从内应力、晶粒-晶界比例和极化微区三个方面研究了晶粒尺寸对顺电态BST陶瓷介电性能影响的机理。以成型压力来模拟陶瓷材料晶粒间的内应力，借助XRD分析建立晶粒尺寸与内应力之间的定量关联;阻抗分析结果显示，晶粒尺寸的增大会导致样品晶粒区比例的增大和晶界区比例的减小。借助多重极化机制模型对各样品的偏压曲线进行拟合，发现随着晶粒尺寸的增大，样品中极性微区的平均尺寸逐渐增大，并且呈现出更强的场强依赖性。
本文在BST陶瓷中添加了不同含量(0mol％-40mol％)的Zr4+，发现Zr4+能够抑制晶粒的生长。随着Zr4+含量的增多，BSZT陶瓷的Tc向低温方向移动，并出现铁电弛豫特征;样品的介电可调性先增大后减小，Johnson唯象拟合曲线中，呈现两段斜率不同的线性区域;样品的击穿强度先降低后升高，材料储能密度逐渐减小，由Zr4+含量为0mol％时的1.20J/cm3降低至40mol％时的0.37J/cm3。