钛酸锶钡钙基铁电陶瓷的介电性能研究

论文摘要

钛酸锶钙钡基微波铁电陶瓷具有良好的介电常数偏场可调性和居里温度可调等优点,但是其介电常数高且在居里温度以上的介电常数温度稳定性差,这限制了其在微波调谐器件上的应用。针对以上问题,本课题以Ba0.55Sr0.4Ca0.05TiO3为主晶相,选择具有介电点常数低介电损耗特性的铌铋镁(Bi1.51Mg0.76Nb1.51O6.8,BMN)和具有正温度特性的硅钛酸钙（CaTiSiO5, CTS）与钛酸锶钡钙进行复合,分别讨论了第二相的添加对于主晶相的结构与性能的影响。本课题首先合成了铌铋镁主晶相,发现原料配比影响主晶相的结构和性能,其中MgO﹕Bi2O3﹕Nb2O5为2﹕1.35﹕1时,合成的材料为具有正温度系数的烧绿石相,烧结温度为900℃。1MHz频率下的tanδ为7×10-4。选择该主晶相与钛酸锶钡钙进行复合在1100℃烧结后发现:材料中不能形成BMN相;BMN相会以离子的形式固溶到BSCT的晶格当中和以玻璃相存在于晶界当中,同时对BSCT产生了很强的移峰效果。添加5%的BMN后材料的居里温度从9℃降为-49℃,1MHz频率下tanδ从10×10-3降为7×10-3,在1KV/mm的偏场电压下介电常数的偏场可调性从22.5%降为3.8%。随着烧结温度的降低,BMN相依然不能独立存在。由于烧结致密度下降材料的介电损耗增大,但是对材料的偏场可调性影响不大。以CaCO3﹕TiO2﹕H2SiO3为1﹕1﹕1.1摩尔比合成了纯度为90%的CaTiSiO5相。与BSCT复合后发现,CTS有一定的助烧效果。当CTS添加量为10wt%时,材料中出现Ba2TiSi2O8相。在1MHz的测试频率下,材料的介电常数为2100,tanδ为2.03×10-3,在1KV/mm的偏场电压下可调性为11.7%。由于CTS固溶到BSCT的晶格中,CTS的添加对介电常数温度特性的影响不大。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 钛酸锶钡体系的结构与性能
• 1.2.1 钙钛矿简介
• 1.2.2 钛酸锶钡的结构与介电性能
• 1.2.3 BST 材料对电学性能的要求
• 1.3 钛酸锶钡的自己极化与介电非线性理论
• 1.3.1 铁电材料自发极化的微观机理
• 1.3.2 铁电材料微波调谐机理
• 1.4 铌铋镁系统概述
• 1.4.1 烧绿石的结构
• 1.4.2 铋基烧绿石体系的研究
• 1.5 钛酸锶钡复相材料研究
• 1.5.1 钛酸锶钡与铌酸锶钡复相材料研究
• 1.5.2 钛酸锶钡与氧化镁复相陶瓷的研究
• 2TiO₃ 复合陶瓷研究'>1.5.3 钛酸锶钡与Mg₂TiO₃复合陶瓷研究
• 1.6 课题来源及实验设想
• 第二章 实验过程与测试
• 2.1 实验原料与设备
• 2.2 样品制备过程
• 2.3 结构与形貌分析
• 2.4 性能测试
• 2.5 数据处理及公式
• 第三章 BSCT-BMN 铁电陶瓷研究
• 3.1 引言
• 3.2 铌铋镁材料的合成与结构性能分析
• 3.2.1 试验配方设计
• 3.2.2 物相分析
• 3.2.3 表面形貌分析
• 3.2.4 样品的介电常数-频率特性分析
• 3.2.5 样品的介电损耗-频率特性分析
• 3.2.6 样品的介电常数-温度特性分析
• 3.3 BSCT-BMN 复合铁电陶瓷研究
• 3.3.1 试验配方设计
• 3.3.2 物相分析
• 3.3.3 表面形貌分析
• 3.3.4 能谱分析
• 3.3.5 样品的介电常数-频率特性分析
• 3.3.6 样品的介电损耗-频率特性分析
• 3.3.7 样品的介电常数-温度特性分析
• 3.3.8 样品的介电常数偏场可调性分析
• 3.4 烧结温度对A5 配方的结构与性能的影响
• 3.4.1 实验方案
• 3.4.2 物相分析
• 3.4.3 表面形貌分析
• 3.4.4 BMN 在BST 烧结中所起的作用分析
• 3.4.5 样品的介电常数-频率特性分析
• 3.4.6 样品的介电损耗-频率特性分析
• 3.4.7 样品的介电常数-温度特性分析
• 3.4.8 样品的介电常数偏场可调性分析
• 3.5 本章总结
• 第四章 BSCT-CTS 铁电陶瓷研究
• 4.1 引言
• 4.2 CTS 的合成
• 4.3 BSCT-CTS 复合铁电陶瓷研究
• 4.3.1 实验配方设计
• 4.3.2 物相分析
• 4.3.3 表面形貌分析
• 4.3.4 样品的介电常数-频率特性分析
• 4.3.5 样品的介电损耗-频率特性分析
• 4.3.6 样品的介电常数-温度特性
• 4.3.7 样品的介电常数偏场可调性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢