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采用传统固相反应法和溶胶-凝胶(Sol-Gel)超微粉法制备了掺钕钛酸铋Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)铁电陶瓷,并用XRD、SEM等手段研究了陶瓷的微观结构与电学性能。结果表明,两种方法制得的BNdT陶瓷致密,具有层状钙钛矿结构,通过对不同温度下预烧粉料的XRD分析和陶瓷的电学性能研究,确定了制备BNdT陶瓷的最佳工艺条件。固相反应法:Bi过量4﹪wt,740℃预烧2h,1100℃烧结2h。Sol-Gel超微粉法:Bi过量4﹪wt,600℃预烧2h,1100℃烧结2h。
用传统固相反应法制备的BNdT陶瓷,晶粒呈扁平状,晶粒厚0.3~2μm,横向尺寸1.5~9μm。BNdT陶瓷的剩余极化Pr和矫顽场Ec分别为45μC/cm2和67.6kV/cm。在室温f=100kHz时,εr=221,tgδ=0.0064。变温频谱测试表明BNdT陶瓷的居里温度为408℃,这一较宽的相变峰,可能是由于氧空位产生的介电弛豫引起的。BNdT陶瓷在低于230kV/cm的电场下,漏电流密度保持在7.5×10-7A/cm2以下,在低于75kV/cm的电场下,该陶瓷呈现肖特基(Schottky)导电行为。
用Sol-Gel工艺获得的干凝胶粉末在600℃形成完整的BNdT相,比固相法预烧温度低100~200℃,合成的超微粉纯度高、分布均匀、分散良好,晶粒尺寸约40~55nm。Sol-Gel超微粉法制备的BNdT陶瓷也具有层状钙钛矿结构,显示出良好的介电铁电性能。在室温低频(700Hz)时,εr=146.3,tgδ=0.006,高频(107Hz)时,εr=136.43,rgδ=0.0051。在100kHz时,εr和tgδ的典型值分别是137.7和0.0039,与固相法制得的陶瓷εr和tgδ比均有所减小。在180kV的测试电压下的剩余极化Pr为43μC/cm2,陶瓷的反值在34.1~67.1kV/cm,剩余极化比传统固相反应法制得的BNdT陶瓷(在180kV的测试电压下,剩余极化Pr为40μC/cm2)稍大,但呈现出较大的漏电流。