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BaTiO_3基复相陶瓷的放电等离子烧结

苏绍华  
【摘要】:具有高介电常数和低介电损耗的电子陶瓷在器件小型化方面有着广泛的应用。本论文系统研究了放电等离子烧结法制备的BaTiO3基复相陶瓷的微结构及介电性能。根据非均质复合材料的基本规律,采用先进的放电等离子烧结制备方法,探索复相巨介电常数材料新体系。得到了以下主要结论: 利用放电等离子烧结法制备得到了致密的(1-x)BaZr0.2Ti0.8O3/xCaCu3Ti4O12 ((1-x)BZT/xCCTO)复相陶瓷。X射线衍射和扫描电镜分析显示其主要由BaZr0.2Ti0.8O3和CaCu3Ti4O12相组成。对于x=0.9组分,在150-550 K范围内得到了较宽的巨介电常数平台(-4000),这是BaZr0.2Ti0.8O3的低温铁电峰与CaCu3Ti4O12的高温介电弛豫共同竞争的结果。其低温介电弛豫符合Debye方程,遵循Arrhenius方程。复相材料的介电常数实验值与Maxwell-Garnet理论值趋势相同,可以通过界面极化理论来解释。 利用放电等离子烧结法制备得到了致密的(1-x)Ba0.4Sr0.6TiO3/xCaCu3Ti4O12 ((1-x)BST/xCCTO)复相陶瓷。X射线衍射和微结构分析结果显示没有第三相生成。在200-400 K范围内得到了较宽的巨介电常数平台(-2000),这是Ba0.4Sr0.6TiO3的低温铁电峰与CaCu3Ti4O12的高温介电弛豫共同竞争的结果。拓宽的介电常数平台和较低的室温介电损耗,使该复相材料具有良好的应用前景。复相材料的介电常数实验值与Maxwell-Garnet理论值比较吻合,符合界面极化理论。 利用放电等离子烧结法制备得到了致密的BaZr0.2Ti0.8O3/碳纳米管(BZT/xCNT)复相陶瓷,通过扫描电镜照片可以得到证实。CNT的加入大大提高了BZT的介电常数,复相陶瓷在250-400 K范围内存在着非常宽的介电常数平台,其介电常数高达200000以上,同时其介电损耗也较低。复相陶瓷存在弥散相变,可通过修正的Curie-Weiss定律证明。CNT和BZT在陶瓷内部组成大量的微电容器导致了巨介电效应,同时界面效应和渗流效应也对巨介电效应有贡献。


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