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对于常数Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3基陶瓷组成变化对结构、性能影响

收藏本文 2024-03-10 点赞:35984 浏览:161574 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:多层陶瓷电容器(MLCC)是重要的电子元件,MLCC的微型化、集成化、低成本化和多功能化依赖于高性能陶瓷的制备,包括瓷料制备、瓷料的性能制约等。Ba1-xSrxTiO3是主要的系统之一。本论文选择Ba0.67Sr0.33TiO3(BST)基陶瓷系统作为探讨对象,以粉体的制备策略、陶瓷的制备工艺、Ba0.67Sr0.33TiO3基陶瓷组成转变对介电常数及温度稳定性等性能的影响进行系统探讨,探讨影响性能的本征与非本征因素,为获取高质量的陶瓷提供论证。论文主要探讨工作和结论如下:获得高活性粉体是BST高性能细晶陶瓷制备的基础。本论文采取固相法探讨了制备工艺对BST粉体、陶瓷结构和性能的影响,以及晶粒尺寸对BST陶瓷性能的影响。实验证明:950℃C合成的BST粉体纯度高、单分散性好、粒径小(约110nm)且分布均匀。1300-C烧结所得的BST陶瓷相对密度最高(98.6%),晶粒细小(约250nm),具有良好的介电性能和铁电性能。室温下具有较高的介电常数和较低的介电损耗εr=7676,tanS=0.01,较高的剩余极化Pr=9.21aC/cm2,较低的矫顽场Ec=1.58kV/cm。考虑CBT(CaBi4Ti4O15)低熔点以及包含具有弥散特性Ca, Bi离子,为有效降低BST陶瓷烧结温度以及改善介电温度稳定性,本论文探讨了CBT不同掺杂量对BST陶瓷结构与性能的影响。探讨发现CBT使BST陶瓷烧结温度显著降为1100-C,且有效抑制了晶粒的生长。CBT掺杂显著改善了BST陶瓷温度稳定性,当CBT含量x≥6%时,介电常数温度稳定范围(△C/C±15%)已无显著改善。掺杂CBT使BST陶瓷呈现显著的铁电弛豫行为,且随着掺杂量的增加,介电峰弥散程度和弛豫强度逐渐增强。添加稀土元素是提升BST陶瓷材料介电性能的一种最常用有效的策略。本论文探讨了La掺杂对BST陶瓷结构与性能的影响,浅析掺杂造成的不同缺陷补偿机制对BST陶瓷电性能影响机理。探讨表明,适量的稀土La掺杂(0.2x≤0.7)使BST陶瓷介电常数显著提升,同时显著改善了介电温度稳定性。根据电流-电压I-V(J-V)特性可知,适量La掺杂(0.2x≤0.7)可使BST陶瓷在最佳致密化条件下达到最佳半导化,掺量太少或太多时陶瓷具有良好的绝缘性。另外,对于绝缘性样品,电流-电压基本符合欧姆定律;而对于半导化的样品,在不同的电压范围内电传导机制不同,且在较高电压范围内,电流主要受Schottky电流发射机制制约。通过肖特基(Schottky)势垒模型及电学微观结构模型浅析La掺杂诱发BST高介电常数以及介电弛豫现象机制。探讨表明,表面或晶界势垒高度和耗尽层厚度是影响材料介电性能的主要因素;表面势垒对BST陶瓷高介电效应有很大的贡献。采取CuO对BST样品进行改性,使介电常数得到显著提升,损耗显著降低以及使破坏电压得到显著改善。BST陶瓷在测试频率范围内出现三种不同的介电弛豫现象。结合阻抗谱浅析,进一步确定在半导化BST陶瓷中,有着表面势垒和晶界势垒。这些势垒的形成导致了样品的电学非线性特点,导致不同的界面极化使样品呈现出很高的表观介电常数。关键词:Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3论文温度稳定性论文铁电弛豫论文Ⅰ-Ⅴ(J-V)特性论文高介电常数论文表面和晶界势垒论文

    摘要6-8

    Abstract8-13

    第1章 绪论13-24

    1.1 钛酸锶钡基电介质材料及其运用13-15

    1.2 钛酸锶钡基陶瓷的制备策略及其介电性能15-17

    1.3 钛酸锶钡基陶瓷的介电性能探讨17-23

    1.3.1 陶瓷的介电常数17-19

    1.3.2 介电温度稳定性19-23

    1.4 本论文探讨内容和作用23-24

    第2章 钛酸锶钡基陶瓷制备和性能表征策略24-29

    2.1 原材料及陶瓷制备工艺24-26

    2.1.1 原料的选取24-25

    2.1.2 陶瓷制备工艺25-26

    2.2 实验仪器与测试26-29

    2.2.1 实验仪器26

    2.2.2 结构表征与性能测试26-29

    第3章 Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷的介电性能探讨29-44

    3.1 Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3粉体的制备29-36

    3.1.1 粉体原料的选取29-30

    3.1.2 原料DSC-TG浅析30-31

    3.1.3 粉体的合成31-36

    3.2 不同工艺对Ba_(0.67)Sr(0.33)TiO_3陶瓷结构和性能影响36-43

    3.2.1 致密化浅析36-37

    3.2.2 陶瓷晶体结构和微观形貌37-40

    3.2.3 陶瓷电性能浅析40-43

    3.3 本章小结43-44

    第4章 Ca、Bi掺杂对Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷结构与性能的影响44-59

    4.1 晶体结构和微观形貌45-49

    4.2 Ca、Bi掺杂Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷电性能49-58

    4.2.1 陶瓷介电性能浅析49-51

    4.2.2 陶瓷驰豫特性浅析51-58

    4.3 本章小结58-59

    第5章 La掺杂对Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷结构与性能的影响59-81

    5.1 La掺杂Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷的制备59-60

    5.2 La掺杂Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷晶体结构和微观形貌60-65

    5.2.1 晶体结构浅析60-64

    5.2.2 陶瓷微观形貌64-65

    5.3 La掺杂Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷的电性能65-80

    5.3.1 陶瓷介电性能65-71

    5.3.2 陶瓷缺陷机制浅析71-80

    5.4 本章小结80-81

    第6章 La掺杂对Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷介电常数影响的机制探讨81-104

    6.1 模型与介电常数82-92

    6.1.1 势垒模型82-88

    6.1.2 电学微观结构模型88-92

    6.2 实验数据浅析与模型的相关性92-103

    6.2.1 表面势垒对Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷电性能影响92-96

    6.2.2 Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷的介电性能浅析96-99

    6.2.3 Ba_(0.67)Sr_(0.33)TiO_3陶瓷介电弛豫与阻抗谱探讨99-103

    6.3 本章小结103-104

    第7章 结论104-106

    致谢106-107

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