焦綠石介電材料晶體結構精化及介電性能優(yōu)化研究.pdf

1、論文題目：焦綠石介電材料晶體結構精化及介電性能優(yōu)化研究專業(yè)：材料工程碩士生：趙岑（簽名）指導教師：杜慧玲（簽名）摘要鉍基焦綠石材料是一種具有焦綠石結構性能優(yōu)異的新型介電陶瓷材料，本文在高介電常數(Bi1.5Zn0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7與(Bi1.5Zn0.5)(Ti1.5Nb0.5)O7焦綠石材料基礎上，通過選取不同離子對其A位與B位進行部分與完全取代，采用Rietveld結構精修獲得精確的晶體結構信息，進而研究不同種類的離

2、子取代對焦綠石材料的結構與性能的影響。為開發(fā)溫度穩(wěn)定型特征的焦綠石介電體，優(yōu)選具有正負溫度系數特征的焦綠石單相體系，進行復相組成設計，開發(fā)極具應用價值的新型NP0高頻介質。主要研究結果如下：(1)通過二價離子對A位Zn離子的取代，研究了(Bi1.5Zn0.5xMgx)(Zr1.5Nb0.5)O7(x=0.10.20.30.5)(BZMZN)與(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7(M=Zn、Mg、Ca、Sr)體系，當Mg離子

3、引入A位時，產生了微量Bi12MgO19相；隨著Mg離子取代量的增加，材料的介電常數減小，這是由于Mg離子的引入使得整體極化率變小所導致的，而BZMZN系列材料弛豫度先增加后下降，這與A位離子的種類以及微區(qū)分布不均勻性及排列有序性有關；(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7系列試樣介電常數基本相同，從材料總極化率與BO6八面體結構的相互關系給出了解釋；BZMZN與(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7系列材料在低

4、溫下均表現出介電弛豫特性，對于本研究體系首次采用不同物理模型包括：Arrenhnius模型、VF方程與新玻璃模型擬合之后認為系列焦綠石低溫介電弛豫特性與材料中原子尺度上無序與不均勻分布的A位離子與O′位離子的本征躍遷有關。(2)采用五價陽離子對B位Nb離子進行取代，結合Rietveld結構精修研究了(Bi1.5Zn0.5)(Ti1.5M0.5)O7(M=NbTaSb)(BZTM)體系，三組試樣均形成了立方焦綠石單相結構，掃描電鏡照片顯示

5、陶瓷體微結構致密、晶粒形狀規(guī)則，相比Nb與Ta，Sb取代試樣易于晶體生長，故其晶粒尺寸較大；BZTM試樣的介電性能表現出明顯的差異，結合精修數據，BZTS具有較低的介電常數與小溫度系數，源于其骨架結構BO6八面體網絡畸變度最大；系列試樣在低溫范圍內都表現出明顯的介電弛豫特性，基于Debye模型的擬合認為低溫介電弛豫特型與O′AO′鏈的本征躍遷過程有關；系列試樣交流電導率在測試溫度范圍內呈現分段上升的趨勢，對比Arrhenius方程擬合結

6、果，分析認為不同溫度段電導率的主要機制不同，同時結合精修數據分析，Sb的引入使得焦綠石陶瓷的高溫電Subject:InvestigationontheMicrostructureRefinementOptimizationinDielectricPropertiesofBibasedPyrochleCeramicsSpecialty:MaterialEngineeringName:CenZhao(Signature)Instruct:H

7、uilingDu(Signature)ABSTRACTBismuthbasedpyrochlesisakindofnewdielectricceramicswithexcellentperfmanceonthebasisofthecompositionof(Bi1.5Zn0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7(Bi1.5Zn0.5)(Ti1.5Nb0.5)O7withhighdielectricconstantdifferentionsw

8、erechosentooccupyABsiteinpyrochlestructurepartiallycompletely.TheinfluenceofthestructurethepropertiesbytheoccupationofdifferentionswasresearchedcombinedwiththeaccuratemicrostructureinfmationabtainedbyRietveldrefinement.M

9、eoverindertodevelopthedielectricpyrochleswithtemperaturestableacteristicsthecomplexphasecompositonofpyrochleswaspreparedbyingsuitablesinglephasefundamentalsystemwhichhaspositivenegativetemperaturecoefficient.Themainresul

10、tsareasfollows:(1)Thecompositionswithfmula(Bi1.5Zn0.5xMgx)(Zr1.5Nb0.5)O7(x=0.10.20.30.5)(BZMZN)(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7(M=Zn、Mg、Ca、Sr)werestudied.ThereistracesofthesecondphaseBi12MgO19whenZnsitesweresubstitutedbythepart

11、ialcompleteMg.WithincreasingamountofMgsubstitutionthedielectricconstantdecreaseslightlybecauseofthedecreaseofthetotalpolarizability.TherelaxeddegreeofseriesBZMZNpyrochlesincreasesfirstdecreaseswhenZnwascompletelysubstitu

12、tedbyMgitisrelatedtothetypeofionsinAsitesinhomogeneousdistributioninlocalregions.ThetotalpolarizabilitymutualrelationshipofBO6octahedrawereusedtoexplainthatseriessamplesof(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7havethebasicallysamediel