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《天津大学》 2012年
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低温烧结BSCT-MgO复合铁电材料及其介电性能研究

周玉贵  
【摘要】:为了实现钛酸锶钡钙(BSCT)基调谐性材料LTCC应用化,本文的目标是低温烧结下制备适中介电常数、低介电损耗、高可调性和介电温度稳定性好的陶瓷材料。本课题研究MgO在BSCT-MgO复相材料的作用和机理,Mn掺杂和B_2O_3-ZnO玻璃的掺杂对BSCTM材料的介电性能改善和低温烧结的影响。纳米MgO粉体和共沉淀的BSCT粉体具有精细结构,采用B_2O_3-Li_2CO_3烧结助剂,发现单一相材料在1000℃下未达到致密烧结,且含有较多的气孔。MgO的加入使复合材料气孔消失,结构变得致密。MgO增加,BSCT晶粒逐渐减小,介电常数也随之降低,居里温度向低温移动,MgO添加量为60wt%时,晶粒减小为0.7-1.5μm,介电常数为90,损耗维持在1×10~(-3)数量级,居里温度为-27℃。950℃烧结时,BSCT-1wt%MgO在室温、1kV/mm直流偏场条件下的可调性高达18%,介电温度曲线较为平坦,这一优异性能可以与1200℃制备的纯BSCT材料的可调性20%相媲美。实现了低温烧结制备高调谐性、介温性能稳定的BSCT基铁电材料。MgO的加入,改善了高温下B_2O_3-Li_2O液相的粘度,提高了液相的流动性,便于扩散与传质。MgO的加入,提高了B_2O_3-Li_2O液相对BSCT晶粒的润湿性,良好的润湿环境促使“小颗粒粉体—MgO-B_2O_3-Li_2O液相—BSCT晶粒”模式进行顺畅,晶粒更好地吸收液相传质,从而促进晶粒发育,材料致密化程度增加。 BSCTM复相材料的居里温度随着Mn离子掺杂量增大向负温度移动,可调性呈先增大后减小趋势。当Mn=0.50mol%时,950℃烧结的BSCT-45wt%MgO复相材料在0.71kV/mm下的可调性高达4.8%,实现了低温烧结制备高可调性材料的目的。BSCT-45wt%MgO材料,添加10wt% B_2O_3-ZnO玻璃时,1000℃烧结形成大量的玻璃相,破坏了BSCT中Ti离子非谐运动的连续性,导致可调性丧失。为了改善这一材料,采用提高铁电相和降低玻璃量,BSCT-22wt%MgO复相材料添加2.5wt%和5.0wt% B_2O_3-ZnO玻璃后,1000℃烧结,在1MHz下的介电常数ε、介电损耗tanδ和可调性(直流偏场)依次为235.7, 1.52×10~(-3), 5.29%(0.66kV/mm)和299.8, 1.43×10~(-3), 4.17%(0.75kV/mm);其介电常数温度稳定性得到极大改善;在20Hz~2MHz的频率范围内,介电常数基本稳定不变。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB34

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【参考文献】
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