氧化热处理对丝网印刷法制备Ba0.6Sr0.4TiO3厚膜介电性能的影响

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Ba0.6Sr0.4TiO3的介电常数随偏置电场的增加而显著降低,具有强的介电非线性特性。可以通过改变施加在 Ba0.6Sr0.4TiO3材料上的偏置电场强度来调控其介电常数,利用这种介电非线性效应,开发可电调微波电介质器件。本论文采用丝网印刷法制备 Ba0.6Sr0.4TiO3多孔厚膜样品并对其进行氧化热处理,研究氧化热处理的温度、时间、气氛等工艺条件对厚膜样品的结构和介电性能的影响。分析多孔厚膜样品介电性能变化的机制,并确定合适的氧化热处理工艺条件,本论文研究的目的是改善丝网印刷法制备 Ba0.6Sr0.4TiO3多孔厚膜的介电非线性性能。  研究了 Ba0.6Sr0.4TiO3多孔厚膜样品的丝网印刷制备工艺。通过实验研究,确定了合适的起始粉体颗粒级配、有机浆体组成、印刷料浆中的固含量、印刷次数等工艺参数,并制备出多孔厚膜样品。研究结果表明,采用上述制备工艺条件制备的多孔厚膜样品具有较好的质量,其显微结构和介电性能就有优良的可重现性。  研究了氧化热处理工艺条件对 Ba0.6Sr0.4TiO3多孔厚膜样品的结构和介电非线性特性的影响。研究结果表明,氧化热处理使多孔厚膜样品的晶胞参数增大,对其显微结构则无明显影响;通过对多孔厚膜样品进行氧化热处理,可以改善和提高其介电非线性性能。  研究了氧化热处理工艺条件对 Ba0.6Sr0.4TiO3多孔厚膜样品的介电性能老化行为、介电频谱、交流电导率频谱、介电温谱、P-E特性等介电响应行为的影响,并采用交流阻抗谱考察了多孔厚膜样品中载流子的本质。研究结果表明,多孔厚膜样品呈现出一系列与对应组成的致密陶瓷样品明显不同的介电异常现象,与多孔厚膜样品中的氧空位运动紧密相关。氧化热处理对多孔厚膜样品的介电响应行为有显著影响,对多孔厚膜样品进行氧化热处理可以降低多孔厚膜样品中的氧空位含量,改善晶粒中氧空位分布的均匀性,从而抑制多孔厚膜样品的介电异常现象。  本论文的研究结果显示,合适的氧化热处理工艺条件是:在空气气氛中和1000℃下热处理2 h。与未经氧化热处理的厚膜样品相比,在该工艺条件下进行氧化热处理后,多孔厚膜样品的介电非线性性能获得明显改善。在零偏压和10 kHz下,经过氧化热处理的多孔厚膜样品的介电常数减小为455,介电损耗降低到1.1%;在66 kV/cm和10 kHz下,其可调性增加为52%,优质系数提高到47。
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