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正电子湮没谱学(Positron annihilation spectroscope),是一门把核物理和核技术应用于固体物理和材料科学研究的技术,还可应用与化学和生物等学科。因其无损、灵敏度高等特点,而在材料微缺陷研究中得到了广泛的应用和越来越多的重视。
本文系统研究(1-x)BaTiO3-xBaZrO3(x=0.2,0.4,0.6,0.8)和(1-x)BaTiO3-x CaSnO3(x=0.2,0.4,0.6,0.8)系陶瓷的微结构;测量了在不同成型压力,不同烧结温度下样品的陶瓷片的符合正电子湮没辐射的Doppler展宽谱和正电子寿命参数;结合测量结果对成分、成型压力、烧结温度等对陶瓷样品微结构的微观作用机理进行了探讨,得到了如下结论:
(1)随着Ba2r03含量的增加,(1-x)BaTiO3-xBaZrO3陶瓷的正电子湮没辐射Doppler展宽商谱的谱峰值减小,产生如此变化的原因是钙钛矿结构中的B位的两种离子无序分布导致内部化学组分不均匀,成分的不均匀促使陶瓷体中的缺陷浓度增加,从而使样品的Doppler展宽的商谱谱峰下降。
(2)随生坯成型压力的增加,(1-x)BaTiO3-xBaZrO3陶瓷的Doppler展宽商谱谱峰升高。成型压力高于20MPa的样品,其缺陷浓度比较低。产生这样的结果的原因是压制压力使得生坯的致密度提高,孔隙率降低,原子间的相互作用增强。因此,正电子与样品中的高动量电子湮没的概率增加,引起商谱谱峰升高。
(3)随着烧结温度的提高,(1-x)BaTiO3-xBaZrO3陶瓷的正电子湮没辐射Doppler展宽商谱谱峰升高。产生如此变化的原因是,随着烧结温度的提高,原子迁移和空位回复加快使得样品内的缺陷浓度降低,导致Doppler展宽商谱谱峰增高。
(4)对(1-x)BaTiO3-xCaSnO3(x=0.2,0.4,0.6,0.8)系陶瓷,当烧结温度比较低时,由于样品中颗粒之间孔隙较大,胚体收缩率较小,缺陷浓度较高。例如,对烧结温度为1200℃的样品,其正电子长寿命成分的强度I3的值较高;其Doppler展宽的商谱谱峰较低。
(5)对(1-x)BaTiO3-x CaSnO3(x=0.2,0.4,0.6,0.8)系陶瓷样品,当烧结温度较高时,孔隙率下降,致密度提高,胚体收缩率提高,样品内的微观缺陷减少。正电子与样品中的高动量电子湮没的概率增加,其谱线峰值随着烧结温度的升高而逐渐升高,而正电子寿命(t1、t2、 t3)随着烧结温度的升高而逐渐下降。
(6)对(1-x)BaTiO3-xCaSnO3(x=0.2,0.4,0.6,0.8)系陶瓷样品,在相同的成型压力下,当样品中BaTiO3和CaSnO3的含量相差较大时,烧结温度越高,商谱的峰值差比较大;但温度较低时,商谱的峰值差比较小。当样品中BaTiO3和CaSnO3的含量相差较小时,商谱的峰值差以及平均寿命的变化范围均比较小。