铋基复合钙钛矿掺杂对钛酸钡陶瓷电学性能的影响

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随着电子技术的快速发展,人们对电子设备的要求越来越高,尤其是要求多层陶瓷电容器(MLCC)在高低温下还能保持良好的介电性能。钛酸钡(BaTiO3)因其高的介电常数以及环境友好特性,受到了众多学者的关注。但是纯BaTiO3陶瓷材料存在三个相变点,介电常数在相变点附近波动较大导致其不能满足温度稳定性要求,极大地限制了它的应用。因此,为了获得满足X7R,X8R或X9R-MLCC的介电陶瓷材料,我们通过掺杂铋基复合钙钛矿化合物对BaTiO3进行改性。本论文利用掺杂改性的思想,通过传统两步固相反应法制备了(1-x)BaTiO3-xBi(Li0.5Nb0.5)O3(BT-BLN)、(1-x)BaTiO3-xBi(Ni0.5Sn0.5)O3(BT-BNS)、(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Sn0.5)O3(BT-BMS)、(Ba1-xBi0.33xSr0.67x)(Ti1-xBi0.67xV0.33x)O3(BBSTBV)、(Ba1-xBi0.5xSr0.5x)(Ti1-xBi0.5xTi0.5x)O3(BBSTBT)、(Ba1-xBi0.5xSr0.5x)(Ti1-xBi0.5xSn0.5x)O3(BBSTBS)、(Ba1-xBi0.5xSr0.5x)(Ti1-xBi0.5xZr0.5x)O3(BBSTBZ)系列陶瓷材料,系统研究了材料的物相结构、微观结构和电学性能。(1)随着掺杂剂含量的不断增加,BT-BLN、BT-BNS、BT-BMS、BBSTBV、BBSTBT和BBSTBZ陶瓷体系的物相结构均由四方相转变为伪立方相。(2)(1-x)BT-xBLN(0.02≤x≤0.1)陶瓷体系样品具有良好的致密性。当x=0.1时,在-60°C160°C温度范围内,陶瓷样品具有较高的介电常数(1750),良好的温度稳定性Δε/ε25°C≤±15%和小的介电损耗(tanδ≤0.02)。(3)(1-x)BT-xBNS(0.02≤x≤0.1)和(1-x)BT-xBMS(0.02≤x≤0.12)陶瓷样品同样均具有良好的致密性;0.9BT-0.1BNS陶瓷样品在-60°C140°C的温区内的εr高达1838,Δε/ε25°C≤±15%,且tanδ≤0.02;0.9BT-0.1BMS陶瓷样品在-56°C248°C的温区内具有高的εr2918和良好的Δε/ε25°C≤±15%。(4)随着x值的增加,BBSTBV和BBSTBT(0.02≤x≤0.2)样品的晶粒尺寸逐渐减小;BBSTBV陶瓷体系并不满足X7R或X8R的要求,而当x=0.2时,BBSTBT陶瓷样品在-58°C151°C的温区内的εr高达2293且Δε/ε25°C≤±15%。(5)BBSTBS和BBSTBZ(0.02≤x≤0.1)陶瓷样品均表现为致密性良好的微观结构。当x=0.06时,在-61°C210°C的温区内,BBSTBS陶瓷样品的εr高达13643,Δε/ε25°C≤±15%且tanδ≤0.025;当x=0.1时,在-70°C155°C的温区内,BBSTBZ陶瓷的Δε/ε25°C≤±15%,其εr高达2116。以上结果表明BT-BLN、BT-BNS、BT-BMS、BBSTBT、BBSTBS和BBSTBZ陶瓷体系均可能成为新型X7R,X8R或X9R型MLCC的备选材料。
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