鋇基鉍層狀鐵電陶瓷鈦酸鉍鋇和鈮酸鉍鋇的摻雜改性與老化研究.pdf

1、鉍層狀化合物是一類通常具有較高居里溫度的鐵電體材料，在集成鐵電技術(shù)中占有重要地位。本論文首先系統(tǒng)地考察了鑭元素和鈧元素置換鉍元素對鉍層狀化合物的微觀結(jié)構(gòu)及介電、鐵電和老化性能等方面的影響，并討論了層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與A位平均離子半徑的關系。最后進一步通過其他稀土元素(Y，Nd)取代鉍來討論與分析A位取代對Ba基鉍層狀化合物的介電、鐵電和老化性能等方面的影響。
　　 在對La3+置換的BaBi4Ti4O15的研究中，X射線衍射及SEM

2、的分析都表明，摻雜了La3+的BBT陶瓷粉體除了一些峰的強度有所變化外，并未出現(xiàn)雜相，有利于減少純BBT預燒過程中出現(xiàn)的焦綠石相并有利于提高陶瓷燒結(jié)致密度。相應地，介電性能和P-E關系顯示，摻雜了La3+提高了陶瓷室溫相對介電常數(shù)，降低了陶瓷的介電損耗。BaBi4Ti4O15的鐵電性并因為La3+的摻雜而消失。對于老化性能，在老化時間為90d的條件下，La3+的摻雜有效地抑制了Ba(Bi1-xLax)4Ti4O15陶瓷的室溫相對介電常數(shù)

3、(εr)的減少趨勢。
　　 類似的規(guī)律同樣出現(xiàn)在Sc3+置換的BaBi4Ti4O15的研究中。摻雜Sc3+的陶瓷樣品的的焦綠石相的含量已經(jīng)顯著降低，當摻雜量為1 at％時，幾乎呈純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。相較于La3+，Sc3+離子摻雜的陶瓷更加致密。但是，Sc3+離子的置換對于陶瓷樣品的介電和鐵電性能方面的貢獻并不突出。對于老化性能，陶瓷樣品變“硬”的趨勢增強，陶瓷的老化減緩。
　　 作者認為，導致上述現(xiàn)象的從微觀結(jié)構(gòu)上分析，可

4、能有兩方面的原因:其一，La3+/Sc3+的取代，彌補了Bi3+的揮發(fā)所產(chǎn)生的缺位，有利于提高陶瓷的致密度，降低陶瓷的介電損耗;同時，La-O和Sc-O的鍵能均大于Bi-O，有利于提高陶瓷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進而從而使得陶瓷樣品有變“硬”的趨勢，減緩了陶瓷的老化。
　　 為了進一步理清A位摻雜對鉍層狀化合物的微觀結(jié)構(gòu)及介電、鐵電和老化性能等方面的影響，作者研究了La3+/Sc3+/Y3+/Nd3+置換的BaBi2Nb2O9(BBN)陶

5、瓷。摻雜Sc3+離子的BBN陶瓷粉體致密度較好，粒徑分布比較均勻，晶粒形貌明顯呈板狀，這是由于鉍層狀化合物具有層狀結(jié)構(gòu)。有利于提高陶瓷的室溫相對介電常數(shù)，降低了陶瓷的介電損耗。摻雜La3+和Y3+離子也有利于陶瓷四方相的形成，使得陶瓷具有較好的層狀結(jié)構(gòu)。但是由于Nd3+的半徑較大，置換發(fā)生后，不能有效的抑制由Bi2O3在高溫燒結(jié)中揮發(fā)所產(chǎn)生的空位。由于空位的存在，使得陶瓷在燒結(jié)中存在一定的氣孔，降低了陶瓷燒結(jié)的致密度。對于介電方面，由于