無鉛鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備與介電性能的研究.pdf

1、本文以具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的無鉛電容器陶瓷材料[BaTiO3、Bax(Bi0.5Na0.5)1-xTiO3和Ba(ZrxTi1-x)O3]為研究對象，分析了其組成和晶體結(jié)構(gòu)對材料微觀形貌和介電性能等方面的影響，并以探索高介電性能、良好弛豫特性的無鉛電容器介質(zhì)材料為目標(biāo)，提出微區(qū)居里溫度隨機分布的數(shù)學(xué)模型，分析了材料居里溫度的分布與微區(qū)成分、結(jié)構(gòu)差異的關(guān)系。 主要內(nèi)容包括： 討論了Ce和Cu摻雜對BaTiO3陶瓷材料介電性能、晶

2、體結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響。Ce的摻雜使BaTiO3陶瓷的介電性能有了一定的提高。Ce4+離子進入鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中取代部分Ti4+離子，使BaTiO3的自發(fā)極化降低強度，BaTiO3陶瓷材料的居里溫度向低溫方向移動，并使陶瓷材料顯示出高介電常數(shù)；而CuO的加入降低了試樣的燒結(jié)溫度，由于液相傳質(zhì)作用，試樣的微觀形貌有了較大的改變。 研究了(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3二元陶瓷晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和介電性能方面的變化規(guī)律。由于

3、Ba2+離子對Na+離子進行取代時產(chǎn)生了離子空位，介電常數(shù)在各個溫度區(qū)間有明顯的上升；Ba2+的加入還會以BaO的形式填充部分Bi3+和O2-離子空位，從而降低材料的介質(zhì)損耗。同時，準(zhǔn)同相界的高晶格活性及四方相的出現(xiàn)也是陶瓷材料介電性能提升的原因之一。Y2O3的摻雜則對材料的介電峰產(chǎn)生了壓低展寬的作用；而在BNBT6試樣基礎(chǔ)上摻雜CeO2使試樣的介電損耗大幅下降，其影響機理與在BaTiO3陶瓷中相同。之后，通過研究BNT基陶瓷的介電溫譜

4、，分析了BNT基材料的高溫相變過程。 而后，受Pb(ZrTi)O3基陶瓷啟發(fā)，嘗試合成了Ba(ZrTi)O3二元陶瓷，在Zr含量在20-30at％之間這一組成附近存在著立方、四方共存的準(zhǔn)同相界，由于準(zhǔn)同相界的高晶格活性，材料在介電常數(shù)和弛豫特性上有了較大的提高。以Ba(Zr0.25Ti0.75)O3為基礎(chǔ)，研究了Y2O3摻雜對陶瓷材料的影響。結(jié)合X衍射結(jié)果和試樣的介電常數(shù)-溫度關(guān)系曲線，我們推斷在Y2O3摻雜過程中，Y3+對鈣鈦

5、礦結(jié)構(gòu)中原始離子的取代分為兩個步驟，不同的步驟中Y3+的摻雜對晶格參數(shù)和居里溫度產(chǎn)生了截然不同的影響。CeO2的摻雜雖然未使陶瓷材料在介電性能上有所提高，但是摻雜量為0.4、0.6at％寸試樣出現(xiàn)半導(dǎo)化現(xiàn)象，我們對此進行了分析，并總結(jié)其規(guī)律，相信會對鋯鈦酸鋇基陶瓷在半導(dǎo)體材料方面的研究提供參考。 最后，結(jié)合鋯鈦酸鋇基陶瓷的實驗結(jié)果，在成分起伏理論的基礎(chǔ)上，利用隨機過程理論，進一步提出了微區(qū)居里溫度正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型。并結(jié)合具體實