SCNN基陶瓷的掺杂改性

论文摘要

Sr2-xCaxNaNb5O15（SCNN）是一种典型的充满型钨青铜材料，具有较高的居里温度（Tc=270℃）、大的压电系数（d33=270pC/N）和电光系数（r33和r51分别为1325×10-12m/V、1100×10-12m/V），被认为是一种有潜在应用价值的新型光折变材料和非铅压电材料。本论文针对SCNN基陶瓷制备过程中的晶体开裂现象和难以致密化的问题，从掺杂和烧结工艺两方面入手，研究掺杂BiFeO3（BFO）、La2O3掺杂和烧结工艺对SCNN陶瓷烧结性能、晶体结构、显微结构以及介电性能的影响。采用固相反应法制备了xBFO-（1-x）SCNN陶瓷，研究BFO对SCNN陶瓷烧结特性、晶体结构、显微结构和介电性能的影响。SCNN陶瓷为正交钨青铜结构，在室温下的介电常数ε=904.2，介电损耗tanδ=0.04（10kHz）。少量添加BFO明显改善了SCNN基陶瓷的烧结特性，烧结温度降低到1275℃，并抑制了其在烧结过程中出现的晶体开裂现象；其室温下的介电常数ε=936.8，介电损耗tan δ=0.03（10kHz）。随BFO添加量的增大，低频下介电常数显著增大，介电损耗先略有增大而后急剧增大，呈现出明显的漏导行为。采用固相反应法成功合成了La2O3掺杂的SCNN基陶瓷，研究La2O3对SCNN基陶瓷烧结性能、晶体结构以及介电性能的影响。添加La2O3后SCNN陶瓷变为四方钨青铜结构，当添加质量分数为0.5%的La2O3时SCNN基陶瓷可以获得最佳的介电性能，在室温下的介电常数ε=1499.3（10kHz），介电损耗tanδ=0.03（10kHz）。在-50℃-360℃范围内出现了两个相变，分别对应于SCNN陶瓷的铁电-铁弹相变（Tm=0℃）和铁电-顺电相变（Tc=260℃），介电峰宽化表明SCNN基陶瓷存在典型但不是很明显的弛豫特性。采用传统的固相反应法制备La2O3掺杂的SCNN基陶瓷，研究烧结工艺对物相组成、晶体结构以及介电性能的影响。添加量为0.5%在升温至1350℃后降至1250℃保温6h条件下烧结的陶瓷可获得最佳介电性能，在室温下陶瓷的介电常数ε=1488.3（10kHz），介电损耗tan δ=0.04（10kHz）。在-50℃-360℃范围内存在两个相变，分别对应于SCNN陶瓷的铁电-顺电相变和铁电-铁弹相变。非常宽化的介电峰表明SCNN基陶瓷存在一个明显的弥散相变过程，表现出明显的介电弛豫特性和频率色散现象。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电子陶瓷及性能参数
• 1.2 钨青铜结构化合物
• 1.2.1 钨青铜结构
• 1.2.2 无铅钨青铜结构体系
• 2-xCa_xNaNb₅O₁₅基陶瓷研究现状'>1.3 Sr_2-xCa_xNaNb₅O₁₅基陶瓷研究现状
• 2-xCa_xNaNb₅O₁₅的结构和性能'>1.3.1 Sr_2-xCa_xNaNb₅O₁₅的结构和性能
• 1.3.2 SCNN 的制备
• 1.3.3 SCNN 的掺杂改性
• 1.4 课题提出及研究意义
• 第二章 制备条件及性能表征
• 2.1 制备方法、原料及设备
• 2.1.1 制备方法
• 2.1.2 原料
• 2.1.3 主要设备与仪器
• 2.2 样品的表征
• 径向收缩率测定
• 密度测定
• X 射线衍射分析
• 显微结构观察
• 介电性能测试
• 压电性能测试
• 3对 SCNN 陶瓷烧结特性和介电性能的影响'>第三章 BiFeO₃对 SCNN 陶瓷烧结特性和介电性能的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 预烧粉体的物相分析
• 3.3.2 烧结特性
• 3.3.3 SCNN-BFO 陶瓷物相分析
• 3.3.4 SCNN-BFO 陶瓷的显微结构分析
• 3.3.5 SCNN-BFO 陶瓷介电性能
• 3.4 小结
• 2O₃对 SCNN 陶瓷结构和介电性能的影响'>第四章 La₂O₃对 SCNN 陶瓷结构和介电性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 结果讨论
• 4.3.1 物相分析
• 4.3.2 密度
• 4.3.3 显微结构
• 4.3.4 介电性能
• 4.4 小结
• 第五章 烧结工艺对 SCNN 陶瓷结构和介电性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验过程
• 5.3 结果讨论
• 5.3.1 物相分析
• 5.3.2 密度
• 5.3.3 显微结构
• 5.3.4 介电性能
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文