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稀土元素氧化物对钛酸锶钡铁电陶瓷介电性能影响的研究

作　者: 张鹤凌
导　师: 梁辉
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 钛酸锶钡温度变化率介电频谱特性离子极化松弛极化可调性唯象系数
分类号: TB39
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

分别采用不同方法合成的原材料、采用不同的原料配比、掺杂不同种类和含量的稀土元素氧化物制备以钛酸锶钡为基的陶瓷样品。对样品的介电常数－温度性能（ε-T）、频率性能（ε-f）进行测量；通过样品的X-射线衍射图谱对其相组成进行分析；观察了样品的微观形貌；对部分样品的直流电场可调性进行了测量，计算出样品对应的唯象系数。由所获得数据发现，稀土元素氧化物的掺杂可以大幅降低样品的介电常数温度变化率、使样品在较高频段下的介电常数增加，并且有利于在烧成样品中复相的形成。掺杂不同种类的稀土元素氧化物的样品在1MHz下的介电性能的变化规律有所差别：掺杂重稀土元素氧化物的样品的介电常数较掺杂轻稀土元素氧化物的样品低、而其介电常数-温度变化率则偏高。还发现在不同BaTiO3/SrTiO3的条件下，稀土元素氧化物的掺杂对样品的介电性能的影响是不同的：当BaTiO3/SrTiO3比为0.6/0.4时，稀土元素氧化物的加入会使样品的介电常数低于未掺杂样品；而当BaTiO3/SrTiO3比为0.7/0.3时，掺杂样品的介电常数要明显高于未掺杂样品。从对样品的介电常数－频率性能数据的分析，可以确定掺杂稀土元素氧化物的钛酸锶钡陶瓷样品在较高频率下的极化机制以离子极化为主，在较低频率下以空间电荷的松弛极化为主。稀土元素氧化物的加入有利于离子极化机制的谐振频率向低频移动，导致在观察范围内样品的介电常数值上升。样品的X-射线图谱表明，稀土元素氧化物进入钛酸锶钡陶瓷的晶格中形成化合物。通过对影响样品的介电常数直流偏场可调性的因素进行讨论，发现对不同方法合成的材料的选择、烧成样品的晶粒尺寸和样品的居里温度所产生的影响较为显著。样品的唯象系数体现了微观粒子的有序性，唯象系数越大，样品的微观有序程度越高。

全文目录

第一章绪论  7-32
  1.1 前言  7-8
  1.2 文献综述  8-30
    1.2.1 BSTO系统的微观结构与相变  8-9
    1.2.2 BSTO系统的基本结点性能  9-10
    1.2.3 BSTO的晶粒尺度效应  10-12
    1.2.4 BSTO系统的电场特性  12-15
    1.2.5 BSTO系统的频率特性  15-16
    1.2.6 各种氧化物对BSTO系统的掺杂改性作用  16-23
      1.2.6.1 Al2O3、ZrO2和MgO的掺杂对BSTO的改性作用  16-20
      1.2.6.2 Bi2O3的掺杂改性作用  20
      1.2.6.3 B2O3的掺杂改性作用  20-21
      1.2.6.4 稀土元素氧化物的掺杂改性作用  21-23
    1.2.7 制备工艺对BSTO介电材料性能的影响  23-24
    1.2.8 BSTO系统的主要应用领域  24-30
      1.2.8.1 铁电微波移相器  24-27
      1.2.8.2 记忆材料  27-28
      1.2.8.3 释电红外探测器  28-30
  1.3 问题的提出与设想  30-32
    1.3.1 问题的提出  30-31
    1.3.2 试验设想  31-32
第二章试验过程及测试  32-37
  2.1 原料及设备  32
  2.2 原料的合成方法  32-33
  2.3 工艺流程  33-35
  2.4 显微分析  35
  2.5 数据处理及公式  35-37
第三章结果与讨论  37-82
  3.1 碳酸盐固相合成与水热法合成原料制得的Ba1-xSrxTiO3陶瓷样品的性能对比  37-41
    3.1.1 介电常数的温度变化率的对比  37-39
    3.1.2 介电损耗的温度变化率的对比  39-40
    3.1.3 微观结构的对比  40-41
  3.2 降低BSTO系统温度变化率的探索性试验  41-56
    3.2.1 在BSTO系统中加入Y2O3对其结点性能的影响  41-46
    3.2.2 在BSTO系统中加入Dy2O3对其结点性能的影响  46-48
    3.2.3 在BSTO系统中加入Nd2O3对其结点性能的影响  48-49
    3.2.4 在BSTO系统中加入CeO2对其结点性能的影响  49-50
    3.2.5 在BSTO系统中加入La2O3对其结点性能的影响  50-52
    3.2.6 稀土元素的复合掺杂对BSTO结点性能的影响  52-53
    3.2.7 烧结助剂的加入量对BSTO结点性能的影响  53-54
    3.2.8 实验所获得的样品的介电常数温度变化率数值  54-56
  3.3 对样品的介电常数－频率性能的研究  56-75
    3.3.1 不同BaTiO3/SrTiO3配比的样品在较高频率下的介电性能  56-58
    3.3.2 掺杂稀土元素氧化物样品在较高频率下的介电性能  58-69
      3.3.2.1 掺杂Y2O3在较高频率下的介电性能  58-62
      3.3.2.2 掺杂Dy2O3、Nd2O3、CeO2和La2O3等镧系稀土元素氧化物的样品在较高频率下介电性能  62-69
    3.3.3 样品在微波频段下的介电性能  69-75
  3.4 样品的介电常数直流偏场可调性和唯象系数  75-82
    3.4.1 原料对样品直流偏场可调性的影响  75-77
    3.4.2 晶粒尺寸对样品的直流偏场可调性和唯象系数的影响  77
    3.4.3 居里温度对样品的直流偏场可调性和唯象系数的影响  77-78
    3.4.4 对样品的介电常数直流偏场可调性和唯象系数间相互关系的讨论  78-82
第四章结论  82-85
参考文献  85-92
发表论文和参加科研情况说明  92

稀土元素氧化物对钛酸锶钡铁电陶瓷介电性能影响的研究

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