稀土元素氧化物对钛酸锶钡铁电陶瓷介电性能影响的研究

作     者：张鹤凌 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁辉

授予年度：2003年

学科分类：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：钛酸锶钡 温度变化率 介电频谱特性 离子极化 松弛极化 可调性唯象系数 

摘      要：分别采用不同方法合成的原材料、采用不同的原料配比、掺杂不同种类和含量的稀土元素氧化物制备以钛酸锶钡为基的陶瓷样品。对样品的介电常数－温度性能（ε-T）、频率性能（ε-f）进行测量;通过样品的X-射线衍射图谱对其相组成进行分析;观察了样品的微观形貌;对部分样品的直流电场可调性进行了测量，计算出样品对应的唯象系数。 由所获得数据发现，稀土元素氧化物的掺杂可以大幅降低样品的介电常数温度变化率、使样品在较高频段下的介电常数增加，并且有利于在烧成样品中复相的形成。掺杂不同种类的稀土元素氧化物的样品在1MHz下的介电性能的变化规律有所差别：掺杂重稀土元素氧化物的样品的介电常数较掺杂轻稀土元素氧化物的样品低、而其介电常数-温度变化率则偏高。还发现在不同BaTiO3/SrTiO3的条件下，稀土元素氧化物的掺杂对样品的介电性能的影响是不同的：当BaTiO3/SrTiO3比为0.6/0.4时，稀土元素氧化物的加入会使样品的介电常数低于未掺杂样品;而当BaTiO3/SrTiO3比为0.7/0.3时，掺杂样品的介电常数要明显高于未掺杂样品。 从对样品的介电常数－频率性能数据的分析，可以确定掺杂稀土元素氧化物的钛酸锶钡陶瓷样品在较高频率下的极化机制以离子极化为主，在较低频率下以空间电荷的松弛极化为主。稀土元素氧化物的加入有利于离子极化机制的谐振频率向低频移动，导致在观察范围内样品的介电常数值上升。 样品的X-射线图谱表明，稀土元素氧化物进入钛酸锶钡陶瓷的晶格中形成化合物。 通过对影响样品的介电常数直流偏场可调性的因素进行讨论，发现对不同方法合成的材料的选择、烧成样品的晶粒尺寸和样品的居里温度所产生的影响较为显著。样品的唯象系数体现了微观粒子的有序性，唯象系数越大，样品的微观有序程度越高。