二钛酸钡铁电陶瓷的制备及其掺杂改性

作     者：周淼 

作者单位：武汉工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐军

授予年度：2014年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：固相反应法 BaTi2O5 元素掺杂 介电性能 居里温度 

摘      要：二钛酸钡是一种具有较高的居里温度，在高温下的介电损耗很低的无铅铁电材料。它能在较高的温度下工作，应用前景非常广阔。但是目前对它的了解还不够透彻，对于它的制备也很困难，而且大多数制备二钛酸钡的方法成本较高，因此它还不能投入生产应用。本论文主要研究二钛酸钡陶瓷的固相反应法制备和元素掺杂对它介电性能的影响。 通过研究能够制备二钛酸钡所需要的最短的烧结时间，发现二钛酸钡能够快速的形核以及生长，将烧结时间缩短至0min也能够获得纯相的二钛酸钡陶瓷。这种新的制备工艺不仅简单快捷成本低廉，而且提高了二钛酸钡陶瓷的致密度和介电常数，但是使它的居里温度降低了20oC左右。在O2和Ar气氛环境中烧结制备二钛酸钡陶瓷也有利于陶瓷致密度的提高。二钛酸钡陶瓷能够允许一定量的初始原料成分的偏差，获得纯相的二钛酸钡所允许的Ba、Ti摩尔比在1:1.95和1:2.05之间。所有制备出的二钛酸钡陶瓷包含了微米级和纳米级两种粒径的晶粒。 以Ca、Sr、Y、Ho、Fe、Mn和Zr这七种元素分别对二钛酸钡进行掺杂。Ca和Sr的最大掺杂量分别是6%和4%，Y和Ho的都是2%，Fe和Mn的都在0.5%至1%之间，而Zr的则低至1%。总的来说，Ca、Fe、Mn的掺杂会使二钛酸钡陶瓷的介电常数和铁电相转变温度降低，并拓宽它的介电峰，但是不存在弛豫特征。Y和Ho的掺杂则提高了二钛酸钡陶瓷的介电常数和铁电相转变温度。Zr的掺杂使二钛酸钡的热力学稳定区间往高温方向增加了10oC。