低溫?zé)Y(jié)BST陶瓷的粉體制備及介電性能研究.pdf

1、鈦酸鍶鋇(Ba1-xSrxTiO3，BST)鐵電陶瓷具有優(yōu)異的電學(xué)性能，但是其過高的燒結(jié)溫度(＞1300℃)限制了該材料的實(shí)際應(yīng)用。針對該問題，本課題采用改進(jìn)的草酸鹽共沉淀工藝制備了具有高化學(xué)活性的BST粉體，并開發(fā)了Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN)、B2O3-Li2CO3(BL)、B2O3-SiO2-Li2CO3(BSL)三個(gè)體系的燒結(jié)助劑，研究了三個(gè)材料體系的燒結(jié)行為和介電特性。探明了作為草酸鹽共沉淀方法制備鈦酸鍶鋇粉體前軀

2、體之一的草酸氧鈦酸(HTO)溶液的穩(wěn)定和失穩(wěn)機(jī)理，提出了制備穩(wěn)定澄清的草酸氧鈦酸(HTO)溶液的條件是既要控制pH的波動又要添加定比例的去離子水以抑制[TiO(C2O4)2]2-的聚合作用。在此基礎(chǔ)上通過向鍶鋇鹽溶液中預(yù)先添加固定量的氨水以調(diào)控pH值，實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)共沉淀反應(yīng)過程中pH的精確控制，大幅簡化了制備工藝，避免了由于反應(yīng)體系各處的不均勻性帶來的擾動，制備出性能優(yōu)良的BST粉體。該粉體具有微米級的粒徑、高的比表面積和規(guī)則的類球狀軟

3、團(tuán)聚形貌，因而具有良好的流動性和較高的燒結(jié)活性，與傳統(tǒng)方法制備的BST粉體相比具有較低的燒結(jié)溫度和較寬的燒結(jié)溫區(qū)。BST-BZN的燒結(jié)溫度降低到1050℃以下，在燒結(jié)后期BZN與BST發(fā)生了固溶反應(yīng)，BST-BZN的居里峰被壓低展寬，因而有良好的介電常數(shù)-溫度穩(wěn)定性，其αTin為2.93％，αTde為3.78％。但是由于少量Bi3+對Ba2+/Sr2+的取代、晶粒的細(xì)化、晶界相比例增多等原因?qū)е铝薆ST-BZN可調(diào)率降低，1kV/mm的

4、偏場作用下其可調(diào)率只有0.15％。B2O3-Li2O燒結(jié)助劑能夠顯著降低BST的燒結(jié)溫度，與所制備的BST粉體匹配性良好，當(dāng)添加2.32wt％Li2CO3-0.68wt％B2O3時(shí)，BST的燒結(jié)溫度降低到850℃。部分B3+和Li+進(jìn)入BST的晶格導(dǎo)致BST的XRD衍射峰向高角度略微偏移。由于B2O3-Li2O的添加量少，BST-BL具有較高的偏場可調(diào)性，在1kV/mm的外加偏場下，樣品的可調(diào)率在15％以上。相對于BST-BL體系，添加

5、SiO2后，BST-BSL的燒結(jié)溫度升高。B2O3-SiO2-Li2CO3在燒結(jié)過程中與BST主晶相發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，因此造成了液相性質(zhì)的改變，在不同溫度保溫，殘留于晶界的第二相種類不同。由于該BST粉體的顯著優(yōu)點(diǎn)，BST-BSL可以在較寬的溫區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)致密燒結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對BST晶粒尺寸的控制。B2O3-SiO2-Li2CO3的添加大幅改善了BST的介電常數(shù)溫度穩(wěn)定性，但是非鐵電第二相對BST鐵電性的‘稀釋作用’使BST-BSL的可調(diào)