论文部分内容阅读
目前阶段,钙钛矿结构的钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3,BST)电子陶瓷,因其优良的电学性能、在电子元器件中广泛的应用领域,而成为国内外电子材料领域专家的重点研究对象。如何获得化学组分均匀性好、纯度高、微观结构规整的钛酸锶钡粉体,如何通过掺杂改性制得介电常数高,介电损耗tan低,介温性能良好的钛酸锶钡基电子陶瓷材料,已经成为电子陶瓷领域的一个研究热点。采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构钛酸锶钡(Ba0.7Sr0.3TiO3)纳米粉体,并将粉体压片成型、烧结成陶瓷,研究了纯相BST陶瓷的介电性能,并对BST进行A位、B位掺杂,探讨元素掺入后对BST材料结构、形貌以及介电性能的改变。探索采用溶胶-凝胶技术制备Ba0.7Sr0.3TiO3粉体,运用差热(DSC-TGA)分析、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对材料的热处理过程、晶化过程以及微观形貌进行了观察分析。结果表明,在pH=6.0,柠檬酸与金属离子摩尔比CA:M大于1.5,添加适量水时获得了稳定透明的溶胶,经脱水得到干凝胶经950℃煅烧2h制得高纯度、形貌规则、粒径110nm且有团聚趋势的Ba0.7Sr0.3TiO3纳米粉体。将粉体与5%的聚乙烯醇(PVA)混合,经过6MPa压片成型,1330℃下烧结2小时,双面镀银后所得BST陶瓷电极,在1KHZ下测得介电性能较好。采用单因素变量法研究了Bi、Ce、Ni、Mg元素的掺杂量对BST陶瓷结构、形貌以及介电性能的影响。研究发现:初始阶段Bi3+进入BST的A位位置使得介电常数增加,随着含量的增加,Bi3+进入B位,产生氧空位,使得介电常数逐渐降低,并且Bi3+可以降低介电常数峰值,并产生弥散效应,陶瓷的介电损耗tan得到很好的改善;Ce3+对BST是A位掺杂,进入A位后降低了介电常数并在含量为0.015时使介电损耗tan降至最低,且介电损耗tan随温度变化率较小,可以用于制备梯度掺杂及介电常数可调性的功能陶瓷;B位掺入Mg2+后,BST陶瓷的介电常数以及介电损耗tan持续下降,其介电常数峰值逐渐移向低温区域,介电损耗tan温度变化率较大,制备过程中应该需要对加入量严格控制;Ni2+掺入BST中后,只有一部分进入B位替代Ti4+,导致样品的晶格参数略微增加,随后以NiO的形式在晶界周围聚集,形成NiO/BST复合材料,导致样品的介电常数、介电损耗tan随Ni2+掺杂量的增加而下降,介电温谱显示含Ni2+试样具有弥散相变特性,且随掺杂量的增加,效果越明显,这也使试样介电温谱得到了很大改善,掺杂量不宜过多。通过不同元素的掺杂,可以改变BST陶瓷的介电常数、介电损耗,使得介电性能随温度变化稳定。Bi3+的含量为0.015或Ni2+的含量为0.02时可制得到介电常数较高、介电损耗tan低且介温性能较好的材料,一定量的Ce3+或Mg2+可改变材料介电常数峰的位置,使其由常温区域移向低温区域。