鈦酸鋇基陶瓷與薄膜的制備、微結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、本文首先利用sol-gel法制備了一系列(1-x)[BaTi0.8Zr0.2O3]-x[Ba0.7Ca0.3TiO3](簡稱BZT-BCT)納米粉體,分別采用兩段式無壓燒結(jié)法和傳統(tǒng)兩步燒結(jié)法制備了一系列BZT-BCT陶瓷;其次,利用sol-gel法分別在Si和Ti兩種不同基底上制備了鈦酸鋇納米薄膜。論文系統(tǒng)研究了鈦酸鋇基陶瓷與薄膜的制備工藝、微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能,在實驗基礎(chǔ)上對BZT-BCT陶瓷的電學(xué)性能進(jìn)行分析。通過X射線衍射對BZT-B

2、CT陶瓷相結(jié)構(gòu)分析表明:在較低燒結(jié)溫區(qū)內(nèi)制備的陶瓷具有典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),說明sol-gel法制備的陶瓷所需燒結(jié)溫度較固相反應(yīng)法低;隨著x值的增大,陶瓷中Zr含量減小,導(dǎo)致晶面間距減小,從而使衍射峰有向大角度方向移動的趨勢;對x=0.3組分陶瓷XRD步進(jìn)慢掃描發(fā)現(xiàn),在45度和65度附近的衍射峰劈裂非常明顯,說明在室溫下主要是以四方相形式存在。對BZT-BCT粉體和陶瓷的SEM測試結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),粉體所需煅燒溫度隨著x的增加會稍有下降;兩段式

3、無壓燒結(jié)法制備的陶瓷致密度高,晶粒尺寸小;利用兩段式無壓燒結(jié)法在溫度大于1350℃以后,陶瓷晶粒尺寸迅速明顯增大。陶瓷電學(xué)性測試表明,在接近準(zhǔn)同型相界附近的x=0.3組分,陶瓷擁有最佳的鐵電和壓電性能,壓電系數(shù)d33值達(dá)到最大值530pm/V;而在準(zhǔn)同型相界附近的組分,也具有相對較高的壓電系數(shù),遠(yuǎn)離相界的其他組分相對較低,從而驗證了準(zhǔn)同型相界理論。隨著電場的增加,陶瓷的能量損耗密度呈現(xiàn)近似線性的增加;隨著溫度的升高,能量損耗密度W的變化

4、先近似線性減小,而后趨于穩(wěn)定。介電常數(shù)最大值可達(dá)到24600;在低頻時,常溫下的介電損耗在0.03以下;介電彌散性相變指數(shù)γ隨著頻率的增大而增大,從1Hz的1.64逐漸增大到100kHz的1.80。納米晶鈦酸鋇陶瓷的電學(xué)性能分析表明,剩余極化強(qiáng)度和矯頑場隨著溫度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢;剩余極化強(qiáng)度較低,對于超細(xì)納米晶鐵電陶瓷,外電場作用品界和源于低介電非鐵電晶界相作用產(chǎn)生的退極化場影響下的“凍結(jié)電疇”結(jié)構(gòu)對抑制電滯回線和電疇反轉(zhuǎn)有重大影響