掺杂Bi2O3对钛酸锶钡铁电陶瓷显微结构和介电性能的影响

作者:许春来;周和平 刊名:稀有金属材料与工程 上传者:杨长河

【摘要】BSTO铁电陶瓷材料的介电常数随外加直流偏压的变化呈现非线性特性.纯BSTO材料由于较高的介电常数和较大的介电损耗不能满足移相器介质材料的要求,通过在BSTO中添加Bi2O3来改善BSTO铁电陶瓷材料的介电性能.结果表明:(1)在BSTO体系中微量掺杂Bi2O3,Bi3+以取代Ba2+的方式存在于钙钛矿的晶格中,形成均匀的固溶体Ba0.5-xBixSr0.5TiO3;(2)随Bi3+添加量的增加,居里峰逐渐变宽,峰高逐渐降低,相变弥散效应增强;(3)Bi3+的掺杂能细化晶粒,并显著降低BSTO体系的介电常数.

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第拍卷 增刊3 2007年 9月 稀有金属材料与工程 RAREMETALMATERIALSANDENGINEBRING voI 36,suppL3 Se。tember2007 掺杂Bi203对钛酸锶钡铁电陶瓷显微结构和 介电性能的影响 许春来1一,周和平1 (1清华大学,北京100084) f2.福建晋江高科技园区博士后科研工作站。福建晋江362200) 摘要:Bs丁0铁电陶瓷材科的介电常数随外加直流偏压的变化呈现非线性特性。纯BsT0材料由于较高的介电常数和较大的介电损耗不能满足咎相器介质材料的蔓求,通过在BsTo中舔加B12m来改善BsTo铁电陶瓷材料的舟电性能。结果表明:(1)在BslD体系中微量掺杂Bk侥.BP以取代B一的方式存在于钙钛矿的晶格中,形成均匀的固溶体 BaohBl,s如5TiO,;(2)随B一舔加量的增加,居里峰逐渐变宽,峰高逐渐降低,相变弥散效应增强;(3)B,的掺杂能细化晶粒,并显著降低BslD体系的舟电常数。 关键词:钛酸镭钡;介电可调性:铁电材料:移相器 中图法分娄号:TG 146.4 文献标识码:A 文章编号:1002一l 85x(2007】s3.17B·04 1 引言 自1950年以来,科学家对BaTiO,的各类崮溶体进行了深入的研究,其中BaTi03与srTi03形成地仍为钙钛矿型结构的连续固溶体引起了广泛的关注。这是因为钛酸锯钡(B扎srl』、03)(BsT0)具有优异的介电性能I“,方便调节的介电常数(介电常数.电场强的依赖性)、低的介电损耗(高频及低频下),高击穿场强(一般大于2×1 06 V,cm)、根快的极化响应速度和较高的电容温度稳定性等。随着连续固溶体中srTio,含量的变化,BalsrlJi0】(BsT0)的居里温度和介电常数 可以在B“sr摩尔比为0~1的范围内连续调节,这在电子元件的应用领域里具有重要的意义。 为了满足不同应用领域的需要,人们对钍酸铝钡体系的粉体制备、成型工艺、烧结工艺及掺杂改性等方面进行了大量的研究。目前,钛酸镪钡铁电陶瓷材料正在诸如陶瓷电容器、相控阵天线的移相器、多功能半导体元件、高性能敏感元件(热敏、压敏、湿敏、气敏陶瓷材料)、铁电记忆材料、释电红外探测器、传输线和无线通讯等领域得到关注和应用。 在应用于相控阵天线的电光移相器的电介质材料的研究中.合适的介电常数、低的介质损耗和较高的介电常数的电场可调性(即在电场作用下。材料的复 介电常数的实部改变量)是研究人员追求的目标脚。由于纯钛酸锶钡(B钆srlJl03)材料很高的舟电常数(P >2000)无法满足移相器介质材料的要求。研究人员尝试向BsTO体系中加入常见金属氧化物或其衍生物以改善系统的各方面性能口】。本实验主要研究Bi:o,对BsTO陶瓷的微观结构和介电性能的影响。 2实验方法 2 1璐To的掺杂改性 采用Bac03、src03和Ti02按1:l:l的摩尔比通过固相反应合成BsT05050(Bao 5sro 5Ti03)粉体,将粉体球磨干燥后在1200℃预烧2 h。煅烧后的BslD5050 粉体经研磨后.按照Bao 5疆k sr0 5Ti03的化学组成分 别加入取代值卅moJ)=0,0 007,0 010,0.O】5,0 020,0.025和O 030的Bi20](分别标记为试样BO~B6),再次球磨、干燥。在干燥后的粉体中加入聚乙烯醇缩丁醛(PⅧ)粘结剂进行造粒、陈腐、粉碎和过筛。用 手动油压机加压5 MPa左右。制成尺寸为中10 mⅢx3 mm的圆片。在箱式硅碳棒炉中空气气氛下进行烧结,烧成温度为1400℃,

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