锆酸铅钡基反铁电陶瓷的介电性能研究

论文摘要

铅基陶瓷是一种在电能量存储、能量转换、大位移致动器等领域中都具有广泛应用的材料。在近十年来,纯锆酸铅和掺杂改性的锆酸铅基陶瓷的因为其具有优良的电性能和成熟的制备工艺而被大量应用。其中（Pb1-xBx）ZrO3（PBZ）由于其反铁电相变的特点而受到了越来越多的关注,本文以传统的高温固相法制备了PBZ的陶瓷,并研究了陶瓷的介电和铁电特性。实验用传统高温固相法合成锆酸钡铅（Pb1-xBax） ZrO3 （0<x<0.30）陶瓷样品,以BaCO3 （99%）, ZrO2 （99%）, Pb3O4 （99%）为原料,添加0.3%的烧结助剂二氧化锰（Mn02）。介电曲线研究了不同频率下从27到350℃C下的电介质相变,从介温特性可以看出随着Ba2+掺入量的增多而居里温度逐渐降低,当掺杂浓度达到x=0.10时,（Pb1-xBax）ZrO3（0≤x≤0.30）固溶体在相变温度点的介电常数达到最大值10220。对于掺杂成分0≤x≤0.10,我们观察到反铁电相到铁电相的相变。在PBZ陶瓷样品中,以掺杂Ba2+含量可以划分为两个范围,一个是x<0.10另一个是x>0.10,两个范围内PBZ陶瓷表现出不同的特性。PBZ10样品都展现了很好的铁电特性,其剩余极化强度Pr和矫顽Ec分别可达4.8μC/cm2和13.6 kV/cm。为了更好地了解掺杂的二氧化锰对（Pb1-xBax）Zr03陶瓷的介电性能的影响,我们选取具有极佳介电性能的PBZ10陶瓷样品作进一步研究。我们按照（Pbo.9Bao.1）Zr03-x mol%MnO2（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）制备了陶瓷。结果表明添加的烧结助剂MnO2对陶瓷的介电性能有很大的影响。随着锰离子的掺杂不断增加,居里温度处所对应的介电峰值也慢慢增大。当锰掺杂到达一定的量时,也就是锰掺杂到x=0.4时,我们获得了最大的介电常数值14214,其居里温度稳定在200℃。根据修正的居里外斯定律,我们计算得到（Pbo.9Bao.1）Zr03-xmol%Mn02（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）陶瓷的弥散性指数值γ,对应掺杂量x由小到大相应是1.18,1.08,0.98,1.01和0.966。除此之外,我们采用传统的高温固相反应方法,制备出纯氧化铝陶瓷及其分别掺杂稀土元素钇和镧的陶瓷样品。我们测量了样品的结构、介电特性和热导性能；研究了烧结温度（1300℃到1500℃）对这些样品性能的影响。XRD的结果表明所有样品都基本上形成了单一的固溶体。介电结果表明纯A1203以及其掺Y3+和La3+三组陶瓷都存在介电弛豫现象,并对其进行了详细的机理分析。另外,掺杂少量烧结助剂的氧化铝的热导率达到了8.60 W/（m·K）,远高于传统氧化铝材料的热导率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 陶瓷的主要性能
• 1.2.1 介电性能
• 1.2.2 铁电性能
• 1.2.3 热导性能
• 1.2.4 材料显微结构表征
• 1.3 反铁电陶瓷材料
• 1.4 研究背景及课题的确定
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 课题的确定
• 第二章 陶瓷样品的制备
• 2.1 高温固相法
• 2.2 PBZ的合成
• 2.3 对PBZ10掺杂不同组分的二氧化锰
• 1-xBa_x)ZrO₃的电性能研究'>第三章 反铁电陶瓷(Pb_1-xBa_x)ZrO₃的电性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 结果和讨论
• 3.2.1 介电性能
• 3.2.2 铁电性能
• 3.3 小结
• 0.9Ba_0.1)ZrO₃陶瓷介电性影响研究'>第四章 Mn掺杂对(Pb_0.9Ba_0.1)ZrO₃陶瓷介电性影响研究
• 4.1 前言
• 4.2 结果与分析
• 4.3 小结
• 第五章 氧化铝基陶瓷的热导和介电弛豫特性研究
• 5.1 前言
• 5.2 样品制备与性能测试
• 5.3 结果及分析
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢