钙钛矿无铅高介电陶瓷的制备与性能研究

摘要

高介电常数的介质陶瓷用以制作电容器、滤波器、谐振器及存储器广泛运用于能源、医学、军事、太空、汽车和家电等高科技领域。近年来,K0.5Na0.5NbO3、Bi0.5Na0.5TiO3和BaTiO3等钙钛矿无铅介电陶瓷材料有望替代锆钛酸铅(简称PZT)等含“铅”陶瓷材料,成为介电领域的研究热点,但是这类介质陶瓷材料介电温度稳定性差,尤其是相转变温度附近介电常数变化大,不适于实际生产应用。在陶瓷材料中掺杂其他的化学元素可有效改善并提高其介电性能等电学性能,具有重要的实际应用价值。
　　本文采用掺杂改性的思想,通过传统的固相烧结法制备了(1-x)(Na0.5K0.5)NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3(KNN-BMT)、(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3s(固相法)-xBi0.5Na0.5TiO3g(溶胶凝胶法)-0.06BaTiO3(BNTs-BNTg-BT)、LiCuNb3O9(LCN)、(1-x)BaTiO3-xLiCuNb3O9(BT-LCN)无铅介电陶瓷体系,并研究了其相结构、显微结构及电学性能。
　　(1)(1-x)KNN-xBMT(0≤x≤0.04)无铅介电陶瓷。研究结果表明:所有陶瓷样品都具有钙钛矿结构;随着x的增加,室温下样品从斜方相逐渐向四方相过渡并且居里温度向低温方向移动;当 x=0.1时,样品的压电性能及铁电性能达到最佳:d33=127pC/N, Kp=36.58％, Pr=22.1μC/cm2。
　　(2)(1-x) BNTs-xBNTg-0.06BT(0≤x≤1)无铅介电陶瓷。研究结果表明:所有陶瓷样品都存在准同型相界,随着x的增加,四方相结构减少;降低了斜方相-四方相的相转变温度,拓宽了四方相的温区;四方相-立方相的相转变温度所对应的介电常数峰值明显减小这主要是由于微观组成发生变化及局部内应力导致的无序。
　　(3) LCN无铅巨介电陶瓷。研究结果表明:所有陶瓷样品都具有立方相钙钛矿结构;在250℃~550℃温度范围内,10kHz频率下,具有较大的相对稳定的介电常数ε~2.0-2.3×105,产生的巨介电源于Maxwell-Wanger效应。
　　(4)(1-x)BT-xLCN(0≤x≤0.08)无铅介电陶瓷。研究结果表明:随着x的增加,室温下样品从四方相逐渐向伪立方相过渡;当x=0.08时,在30~200℃的温度范围内,介电常数随着温度的变化率(Δε/ε30oC)在30%以内;当0.02≤x≤0.08,在30~100℃的温度范围内,陶瓷材料具有较大的介电常数(>1000),且介电常数随着温度的变化率(Δε/ε30oC)在5%以内。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 钙钛矿简介

1.3 电介质基础理论

1.4 高介电陶瓷材料研究的现状及问题

1.5 本文的研究思路及研究内容

第二章 实验内容

2.1 引言

2.2 实验原料

2.3 实验所用的仪器设备

2.4 陶瓷样品的制造工艺

2.5 陶瓷样品的结构表征方法

2.6 陶瓷样品的性能测试技术

第三章 (Na0.5K0.5)NbO3-Bi(Mg0.5Ti0.5)O3陶瓷结构与电学性能研究

3.1引言

3.2 样品的制备与表征

3.3 结果分析与讨论

3.4 本章小结

第四章 Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3陶瓷结构与介电性能及铁电性能研究

4.1 引言

4.2 样品的制备与表征

4.3 结果分析与讨论

4.4 本章小结

第五章 LiCuNb3O9巨介电陶瓷的结构与介电性能及机理研究

5.1 引言

5.2 样品的制备与表征

5.3 结果分析与讨论

5.4 本章小结

第六章 BaTiO3-LiCuNb3O9陶瓷结构与电学性能及其温度稳定性研究

6.1 引言

6.2 样品的制备与表征

6.3 结果分析与讨论

6.4 本章小结

第七章 结 论

参考文献

个人简历，攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢