MTiTaO与MTiNbO陶瓷（M=Ba、Sr、Ca）的介电性能与铁电相变

摘要

为探索适合高频和高压应用的介电与铁电陶瓷新材料，本论文系统地研究了充满型钨青铜三元体系MO-TiO2-Ta2O5(M=Ba，Sr,Ca)和MO-TiO2-Nb2O5(M=Ba，Sr)的组成、晶胞结构和介电性能之间的关系，并分析了后者驰豫相变特征。 在BaO-TiO2-Ta2O5(M=Ba，Sr，Ca)三元体系中，Ba6Ti2Ta8O30和Sr6Ti2Ta8O30为四方钨青铜结构，但Ca6Ti2Ta8O30的相组成为立方结构的CaTa2O6与少量的CaTiO3第二相。室温下，Ba6Ti2Ta8O30和Sr6Ti2Ta8O30为顺电相，具有高的介电常数、非常低的介电损耗以及相对较小的介电常数温度系数。然而，名义组成为Ca6Ti2Ta8O30的介电性能与Ba6Ti2Ta8O30和Sr6Ti2Ta8O30陶瓷相差甚远。Ca6Ti2Ta8O30具有较高的介电常数、近零介电常数温度系数以及较低的介电损耗。随着烧结条件的不同，介电常数几乎不变，但介电损耗以及介电常数的温度系数则较为敏感。BaO-TiO2-Ta2O5(M=Ba，Sr,Ca)钨青铜结构体系介电性能可调整空间很大，适用于高频电容器和温度补偿电容器，是一类很有希望的介电陶瓷。 在MO-TiO2-Nb2O5(M=Ba，Sr)三元体系中，室温下为铁电相的Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30陶瓷形成了四方钨青铜单相结构。本文研究了它们的微结构和介电性能，揭示了其弥散铁电相变的现象及其本质。与钙钛矿ABO3结构类似，钨青铜结构也是由数个BO6氧八面体共顶连接而成，并且可以从轴比√10c/a偏离1的程度来推测氧八面体的扭转程度。在Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30陶瓷中，两者氧八面体的扭转程度相似，故有相似的居里温度(在1MHz时分别为155℃，160℃)。从相变温度附近拉曼光谱随温度的变化以及修正的居里—外斯定律中，可以得出，Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30的铁电相变属于位移型相变。由于每个晶胞中含有两种氧八面体，弥散相变的起源很可能是这些氧八面体的无序分布造成的。两种材料在室温下均显示出弱的铁电性，它们的2Pr均为4μC/cm2。 同时，本文对Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30在较小直流偏压下的可调度进行了初步研究，测量了室温及铁电相变温度附近，不同频率下介电常数对外加直流偏置电场(0～2kv/cm)的响应特性。在Tm附近、10kHz以及2.1kV/cm的直流偏置电场下，Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30获得最大的介电常数可调度分别为2.84％，0.34％，随外加直流偏压变化很小，故有望作为高压稳定的器件。 综上，本论文研究了MO-TiO2-Ta2O5(M=Ba，Sr,Ca)和MO-TiO2-Nb2O5Ⅲ(M=Ba，Sr)三元体系中成分、晶体结构和介电性能之间的关系。同时，对MO-TiO2-Nb2O5(M=Ba，Sr)的铁电相变及电场调谐性作了初步分析。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1引言

§1.2介电响应基础理论

§1.3铁电体基础理论

§1.4钨青铜型介质陶瓷

§1.5本课题的提出及研究内容

参考文献

第二章Ba6Ti2Ta8O30与Sr6Ti2Ta8O30介电陶瓷

§2.1前言

§2.2实验过程与方法

§2.2.1样品制备

§2.2.2样品性能表征

§2.3实验结果与讨论

§2.3.1相组成及微结构分析

§2.3.2介电性能评价

§2.4小结

参考文献

第三章Ca6Ti2Ta8O30温度稳定型介电陶瓷

§3.1前言

§3.2实验过程与方法

§3.2.1样品制备

§3.2.2样品性能表征

§3.3实验结果与讨论

§3.3.1相组成及微结构分析

§3.3.2介电性能评价

§3.4小结

参考文献

第四章Ba6Ti2Nb8O30与Sr6Ti2Nb8O30驰豫铁电陶瓷

§4.1前言

§4.2实验过程与方法

§4.2.1样品制备

§4.2.2样品性能表征

§4.3实验结果与讨论

§4.3.1微结构及相组成分析

§4.3.2介电性能评价

§4.3.3相变特性

§4.3.4电场调谐性

§4.4小结

参考文献

第五章总结

硕士期间发表论文清单

致谢