(1-y)BaTiO3-ySrxBa(1-x)Nb2O6陶瓷介电性能的研究

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随着人们环保意识的增强,无铅电介质材料的开发已经成为各国学者研究的热点,特别是电介质中的铁电体。然而,这些陶瓷材料的性能与传统含铅的电介质材料相比还有很大的差距,所以开发无铅的电介质材料已经成为一项迫切的研究课题。铌酸锶钡和钛酸钡都是具有优异的介电性能和铁电性能,是无铅化研究中很有潜力的材料。但是铌酸锶钡存在着烧结温度高,较难制备出致密性良好、介电性能和铁电性能优越的样品。本文采用采用传统的固相法制备了不同Sr/Ba比的铌酸锶钡陶瓷,选取居里温度在室温附近介电常数最大的Sr0.7Ba0.3Nb2O6陶瓷进行微波烧结和传统固相烧结的对比性研究,添加Bi2O3改进陶瓷的烧结性能和介电性能,最后采用BaTiO3对陶瓷进行掺杂研究。首先,系统的研究不同Sr/Ba对铌酸锶钡陶瓷微观结构和性能的影响。结果表明,随着Sr的增加Ba的减少居里温度向低温方向移动,而介电常数除了x=0.5时外,介电常数随着Sr的增加有增大的趋势,特别是当x=0.7时,介电常数最大,最高处达到6000。并且当x≥0.5时,铌酸锶钡陶瓷开始出现弛豫现象,陶瓷的弛豫现象可以使用Volgel–Fulcher公式进行拟合。其次,分别采用传统的固相烧结(CS)和微波烧结(MWS)技术制备了Sr0.7Ba0.3Nb2O6(SBN70)陶瓷。XRD结果显示两种制备方法都制备出了单相的SBN70陶瓷。通过扫描电子显微镜(SEM)观察,微波烧结的陶瓷具有更好的致密度和均匀的晶粒尺寸。两种制备方法制备的样品都显示弥散相变现象,采用改进的Curie–Weiss定律进行了拟合。两种样品的弛豫铁电性能都复合Vogel–Fulcher关系式。微波烧结样品的饱和极化值比传统烧结的高,电滞回线比传统烧结的损耗小,矫顽场低。再次,采用传统的固相反应制备了(1-x)Sr0.4Ba0.6Nb2O6–xBi2O3(0.00≤x≤0.20)陶瓷。陶瓷的微观结构、介电性能和电滞回线分别通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)、AgilentE4980A和改进的Sawyer-Tower电路进行分析研究。XRD结果显示获得的陶瓷是钨青铜矿结构,并在高掺杂浓度时可以探测到第二相的产生。SEM结果显示,适量的Bi2O3掺杂可以降低烧结温度并有助晶粒生长。介电性能显示出弥散相变现象,可利用改进的Curie-Weiss定律进行了拟合。此外,陶瓷的弛豫铁电性能遵循Vogel-Fulcher关系式。随着Bi2O3掺杂量的增加,陶瓷的单圈电滞回线损耗减小,剩余极化和矫顽场也都逐渐减小。最后,采用传统的固相烧结制备了(1-x)Sr0.7Ba0.3Nb2O6–xBaTiO3(0.00≤x≤0.10)陶瓷。对陶瓷的相结构、微观结构、介电性能和弛豫铁电性能都进行了分析。制备的陶瓷为钨青铜矿结构,并且BaTiO3添加剂能降低晶粒尺寸和增大陶瓷的气孔率。所有的样品都显示弥散相变,采用改进的Curie–Weiss定律进行了拟合,γ值从1.54到1.88。随着BaTiO3加入量的增加,转变温度TC逐渐减小并且在x=0.06处获得一个最小值37.53oC。最大的介电常数εmax从66到3309逐渐增大,然后再在x=0.10处降低到1625。此外,弛豫铁电体x=0.8陶瓷能很好的复合Volgel-Fulcher关系式。同时不同温度下弛豫铁电陶瓷的电滞回线显示铁电顺电相变不是一个温度点,而是一个温度区间。
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