论文部分内容阅读
近年来,放电等离子烧结(SPS)作为一种低温快速烧结技术越来越受到人们的关注,其独特的烧结机理在促进烧结的同时也形成了特别的微观结构,使得制备的材料有着不一样的性能。本论文选取应用比较广泛且极具代表性的Pb0.92La0.08(Zr0.52Ti0.48)O3(PLZT)陶瓷和Y3Fe5O12(YIG)陶瓷作为研究对象,系统研究了SPS对PLZT、YIG和Y3-xBixFe5O12(x=0,0.5,1)陶瓷结构和性能的影响。通过与标准固相法烧结(CS)制备的陶瓷进行对比,得到了以下主要结论：相比于CS制备的PLZT陶瓷,SPS制备的PLZT陶瓷致密度更高,晶粒尺寸更小,c/a值也更接近于1,即晶胞结构更趋向于立方相；电畴的数量较少,且畴尺寸较小。因此,SPS制备的PLZT陶瓷具有较小的介电常数、稍高的居里温度、较小的饱和极化强度和剩余极化强度,稍高的矫顽场,并且其相变更弥散；SPS制备的PLZT陶瓷还具有更高的击穿场强和储能密度,最大储能密度达到0.727J/cm3。CS制备的YIG陶瓷在133K-550K内具有低温、中温和高温三个介电弛豫。低温介电弛豫是由Fe2+-Fe3+之间的电荷跃迁引起的；中温介电弛豫与晶界(界面Maxwell-Wagner极化效应)等非均质结构有关；高温介电弛豫与电导有密切关系。而SPS制备的YIG陶瓷只出现低温和高温两个介电弛豫。由Fe2+-Fe3+之间电荷跃迁引起的低温介电弛豫激活能相对较小；与界面Maxwell-Wagner极化效应相关的中温介电弛豫被弱化；高温介电弛豫和CS制备的YIG陶瓷一样,也与电导有密切关系。在CS和SPS制备的Y3-xBixFe5O12(x=0,0.5,1)陶瓷中发现：通过Bi3+置换引起Fe2+浓度减少,极大地削弱了Fe2+-Fe3+之间的电荷跃迁,导致与此相关的低温介电弛豫弱化；Bi3+置换在降低烧结温度的同时也降低了YIG陶瓷的晶粒尺寸使晶界增多,减弱了界面Maxwell-Wagner极化效应,导致中温介电弛豫的弱化；随着Bi3+置换量的增加,在一定程度上也降低了电导,减弱了高温介电弛豫。SPS可以通过真空气氛的烧结提高Fe2+浓度,增强低温介电弛豫；SPS的低温快速烧结可以使晶粒尺寸减小,晶界增多,导致界面Maxwell-Wagner(MW)极化效应减弱,使中温介电弛豫弱化。因此,SPS制备的Y3-xBixFe5O12陶瓷的低温介电弛豫被轻微弱化,中温介电弛豫被严重弱化,高温介电弛豫仍与电导有密切关系。