玻璃介质掺杂钛酸锶钡陶瓷的制备与性能研究

论文摘要

钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3，简称BST)是一类重要的电子陶瓷材料，属于非线性介电陶瓷，具有单一的钙钛矿型结构，它是由钛酸钡（BaTiO3）和钛酸锶（SrTiO3）形成的完全固熔体，兼具BaTiO3的高介电常数与SrTiO3的低损耗性和结构稳定的特点。通过改变材料的Ba/Sr比可以在相对较宽的范围内调整介电常数和居里温度，并且在一定程度上保证材料具有较好的介电常数-温度稳定性，因此，该材料在微波传输、信号处理、数据存储等领域具有引人瞩目的发展潜力和优势。本文以醋酸钡、醋酸锶、钛酸四丁酯为原料，以醋酸镝、硼酸三正丁酯、正硅酸乙酯为添加剂，采用溶胶-凝胶法制备了纯Ba0.6Sr0.4TiO3粉体及Dy-B-Si-O系玻璃介质掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3粉体，并分别在不同温度下烧结成瓷。利用X射线衍射仪、激光粒度分析仪，微机差热仪对纯Ba0.6Sr0.4TiO3粉体及Dy-B-Si-O系玻璃介质掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3粉体的物相组成、颗粒粒度、煅烧过程中的化学反应及能量变化进行了分析，利用扫描电子显微镜、自动元件分析仪等对纯Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷及Dy-B-Si-O系玻璃介质掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷的微观结构和介电性能进行了分析。研究结果表明：纯Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷的主晶相为钙钛矿结构，当Dy-B-Si-O系玻璃介质中B2O3-SiO2组分适量时，BST陶瓷形成钙钛矿主晶相，当B2O3-SiO2组分过量时，出现Ba2TiSi2O8第二相，且第二相随着B2O3-SiO2组分含量的增加而增加；添加Dy-B-Si-O系玻璃介质的BST陶瓷干凝胶的最佳煅烧温度为700℃，最佳烧结温度为1100℃，比纯BST陶瓷的煅烧温度与烧结温度分别降低了约100℃和150℃；Dy-B-Si-O系玻璃介质的掺杂提高了BST陶瓷的致密度、减小了陶瓷的颗粒粒度；随着Dy-B-Si-O系玻璃介质中Dy2O3组分含量的增加，介电常数增大，介电损耗先增大后减小；随着Dy-B-Si-O系玻璃介质中B2O3-SiO2组分含量的增加，BST陶瓷的介电常数呈先增大后减小的趋势，介电损耗先减小后增大，居里温度先向低温后向高温方向移动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 BST 陶瓷的结构与性能
• 2.1.1 BST 材料的晶体结构
• 2.1.2 BST 材料的性能
• 2.1.2.1 BST 材料的电场特性
• 2.1.2.2 BST 材料的频率特性
• 2.1.2.3 BST 材料的晶粒尺度效应
• 2.2 BST 陶瓷粉体的制备方法
• 2.2.1 溶胶-凝胶法
• 2.2.1.1 溶胶-凝胶法基本原理
• 2.2.1.2 溶胶形成方法
• 2.2.1.3 凝胶形成方法
• 2.2.1.4 溶胶-凝胶法的优点
• 2.2.1.5 溶胶-凝胶法的缺点
• 2.2.1.6 溶胶-凝胶法在 BST 陶瓷制备中的应用
• 2.2.2 固相法
• 2.2.3 水热合成法
• 2.2.4 化学沉淀法
• 2.2.4.1 直接沉淀法
• 2.2.4.2 共沉淀法
• 2.3 BST 材料的掺杂改性研究
• 2.3.1 BST 材料的掺杂取代机理
• 2.3.2 BST 材料的掺杂类型
• 2.3.2.1 等价取代掺杂
• 2.3.2.2 不等价取代掺杂
• 2.3.3 掺杂工艺对 BST 材料性能的影响
• 2.3.4 稀土元素对 BST 材料的掺杂改性研究
• 2.3.5 玻璃介质对 BST 材料的掺杂改性研究
• 2.3.6 氧化物对 BST 材料的掺杂改性研究
• 2.4 BST 材料的应用
• 2.4.1 BST 材料在 DRAMs 中的应用
• 2.4.2 BST 材料在热释电红外探测器中的应用
• 2.4.3 BST 材料在铁电微波移相器中的应用
• 2.4.4 BST 材料在其它领域中的应用
• 第三章 实验过程与测试
• 3.1 实验仪器及药品
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验药品
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 溶胶-凝胶法制备陶瓷样品
• 3.2.1.1 Ba-Sr-Ti 前躯体溶液的制备
• 0.6Sr_0.4TiO₃陶瓷的制备'>3.2.1.2 Dy-B-Si-O 系玻璃介质掺杂 Ba_0.6Sr_0.4TiO₃陶瓷的制备
• 3.2.1.3 陶瓷样品的制备
• 3.2.2 BST 陶瓷样品测试前预处理
• 3.3 实验测试
• 3.3.1 BST 陶瓷物相、形貌及电学性能表征
• 3.3.2 粉体颗粒粒度的测定
• 3.3.3 真密度的测定
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 BST 粉体的研究
• 4.1.1 BST 粉体干凝胶的差热分析
• 4.1.1.1 纯 BST 粉体干凝胶的差热分析
• 2O₃组分变化的 BST 粉体干凝胶的差热分析'>4.1.1.2 Dy₂O₃组分变化的 BST 粉体干凝胶的差热分析
• 4.1.2 BST 粉体干凝胶的 XRD 分析
• 4.1.2.1 纯 BST 粉体干凝胶的 XRD 分析
• 2O₃组分变化的 BST 陶瓷干凝胶的 XRD 分析'>4.1.2.2 Dy₂O₃组分变化的 BST 陶瓷干凝胶的 XRD 分析
• 4.1.3 BST 粉体的煅烧温度升温制度曲线
• 4.1.4 BST 粉体颗粒粒度的分析
• 4.1.4.1 纯 BST 粉体颗粒粒度的分析
• 2O₃组分变化的 BST 陶瓷粉体粒度的分析'>4.1.4.2 Dy₂O₃组分变化的 BST 陶瓷粉体粒度的分析
• 4.2 BST 陶瓷的研究
• 4.2.1 BST 陶瓷烧结温度的分析
• 4.2.1.1 纯 BST 陶瓷烧结温度的分析
• 2O₃组分变化的 BST 陶瓷烧结温度的研究'>4.2.1.2 Dy₂O₃组分变化的 BST 陶瓷烧结温度的研究
• 4.2.1.3 纯 BST 陶瓷与玻璃介质掺杂 BST 陶瓷烧结温度的对比
• 4.2.2 BST 陶瓷物相结构的分析
• 4.2.2.1 纯 BST 陶瓷物相结构的分析
• 2O₃-SiO₂组分变化的 BST 陶瓷物相结构的分析'>4.2.2.2 B₂O₃-SiO₂组分变化的 BST 陶瓷物相结构的分析
• 4.2.3 BST 陶瓷微观结构的分析
• 4.2.3.1 纯 BST 陶瓷微观结构的分析
• 2O₃组分变化的 BST 陶瓷微观结构的分析'>4.2.3.2 Dy₂O₃组分变化的 BST 陶瓷微观结构的分析
• 2O₃-SiO₂组分变化的 BST 陶瓷微观结构的分析'>4.2.3.3 B₂O₃-SiO₂组分变化的 BST 陶瓷微观结构的分析
• 4.3 BST 陶瓷介电性能的分析
• 2O₃组分变化掺杂的 BST 陶瓷介电性能的研究'>4.3.1 Dy₂O₃组分变化掺杂的 BST 陶瓷介电性能的研究
• 2O₃-SiO₂组分变化的 BST 陶瓷的介电性能的研究'>4.3.2 B₂O₃-SiO₂组分变化的 BST 陶瓷的介电性能的研究
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间公开发表的论文