a-BZN基陶瓷介電性能研究.pdf

1、Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN)陶瓷是一類具有燒結(jié)溫度低、介電常數(shù)高、低頻介電損耗低、可與Au、Ag、Cu等共燒的陶瓷，能用于多層陶瓷電容器、微波震蕩器、濾波器等器件。然而它在微波頻率下介電損耗大，在低溫(100K-150K)存在明顯的低頻介電弛豫現(xiàn)象。而該現(xiàn)象，迄今為止，還沒有獲得統(tǒng)一定論。
　　 本文以α-BZN為研究對象，從離子替代角度出發(fā)，選用A、B、O位離子對α-BZN進行摻雜，研究其對結(jié)構(gòu)、結(jié)晶化學特性和介電

2、性能影響，并分析介電弛豫機制。
　　 (1)采用Ca2+、Pr3+替代A位上Bi3+。結(jié)果表明，Ca2+在BCZN體系中的固溶度為0.25，Pr3+在BPZN體系中的固溶度大于0.30。Ca2+與Pr3+替代Bi3+均使得α-BZN陶瓷體系燒結(jié)溫度升高，致密度減小，樣品晶粒尺寸減小，晶格常數(shù)減小，R(O'-A)減小。鍵價和參數(shù)AV(O')[Bi4]、AV(O')，[Bi3Zn]、AV(O')[Bi2Zn2]增大。在-190℃～1

3、30℃范圍內(nèi)，BCZN、BPZN體系都存在介電弛豫現(xiàn)象，且隨Ca2+、Pr3+替代量增加，介電常數(shù)峰值溫度都向低溫方向移動，介電常數(shù)溫度系數(shù)αc均向負值方向移動。
　　 (2)運用CaF2對α-BZN進行摻雜，其中Ca2+替代Bi3+，F(xiàn)-替代O2-。研究結(jié)果表明，CaF2與Ca+替代α-BZN類似，使得體系致密度減小，晶粒尺寸減小，晶格常數(shù)減??；不同之處在于Ca2+摻雜α-BZN弛豫激活能逐漸減小；CaF2摻雜α-BZN，激活

4、能先從CF0樣品的0.136779eV減小到CF1樣品的0.104240eV，再增加到CF2樣品的0.106895eV。
　　 (3)研究了(Bi1.4Ca0.1Zn0.5)(Zn0.5-(x+0.1)/3MxNb1.5-(2x-0.1)/3)O7(其中M=Ti4+、Sn4+、Zr4+)陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果顯示，Ti4+在BCZN陶瓷中固溶度大于0.20,Sn4+、Zr4+摻雜量為0.05mol時樣品就已出現(xiàn)第二相BiNbO4

5、。CS、CZ體系介電常數(shù)峰值溫度低于CT體系，表明CS、CZ兩種體系在相對較低溫度之下就可以獲得較大的活化能。
　　 (4)采用Mg2+分別替代α-BZN的Bi3+、Zn2+(B位)離子。結(jié)果表明，BM樣品在Mg2+摻雜量為0.05mol時，體系中出現(xiàn)第二相；ZM體系樣品ZM1、ZM2、ZM4均為單-α-BZN相。運用GULP模擬計算出Mg2+離子最可能的替代位置是B位。其XRD衍射結(jié)構(gòu)與GULP模擬計算結(jié)果相吻合。隨著Mg2+