本文選題：BaTiO_3陶瓷　切入點：雙稀土　出處：《吉林化工學(xué)院》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鈦酸鋇(BaTiO_3)基陶瓷具有優(yōu)越的綜合介電性能,在電子陶瓷產(chǎn)業(yè)起到支柱的作用。稀土元素在我國十分豐富,一般在化合物中體現(xiàn)為三價。鋱(Tb)原子序數(shù)為65,位于Gd與Dy之間,是一種特殊的稀土元素。在化合物中,Tb以Tb3+(4f8)存在,或以亞穩(wěn)的Tb4+(4f7)存在。研究者很少考慮BaTiO_3基陶瓷中Tb4+的存在。本項工作采用混合氧化物方法,制備了La/Tb共摻雜BaTiO_3陶瓷以及具有自補(bǔ)償模式的Tb摻雜BaTiO_3陶瓷。通過X射線衍射(XRD)、拉曼光譜、掃描電鏡(SEM)、介電溫譜、變溫電子順磁共振(EPR)和X光電子能譜(XPS)等多項測試分析技術(shù),對陶瓷晶體結(jié)構(gòu)、介電性能及缺陷化學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。1)La/Tb共摻雜Ba TiO_3陶瓷的介電性能和缺陷化學(xué)制備了名義分子式為(Ba_(1-x)La_x)(Ti_(1-x)Tb_x)O_3(0.03≤x≤0.20)(BLTT)的介電陶瓷。Tb在BLTT中的固溶度為x=0.15。當(dāng)x≤0.03時,BLTT具有四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu),0.05≤x≤0.15,BLTT具有立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。介電峰溫度(Tm)顯示線性移動率,為-19°C/%(La-Tb)。當(dāng)x=_(0.07)時,BLTT具有較高的室溫介電常數(shù)(ε′RT=2450)和低介電損耗(tanδ=0.029),是X7U介電應(yīng)用有前途的介電體。缺陷化學(xué)的研究指出:BLTT的點缺陷是Ba位La3+和Tb3+、Ti位Tb3+和Tb4+、以及Ti空位。Ba位La3+和Ti位Tb3+是占支配性的。EPR和XPS觀察給出Tb4+離子在Ti位存在的證據(jù)。少量的Tb4+亞穩(wěn)態(tài)離子在Ti位和占支配性的La3+-Tb3+復(fù)合體在雙位的存在對BLTT陶瓷的低介電損耗負(fù)責(zé)。過量Tb(0.03Tb)在(Ba_(1-x) La_x)(Ti_(1-x)Tb_x)O_3(x=0.03)陶瓷中的應(yīng)用,可以使BLTT陶瓷的相對密度從84%提升到96%,顯著改善BLTT陶瓷的介電性能。2)Tb在BaTiO_3陶瓷中自補(bǔ)償模式的探索制備了具有Tb自補(bǔ)償模式的(Ba_(1-x)Tb_x)(Ti_(1-x)Tb_x)O_3(0.05≤x≤0.20)陶瓷(簡稱BTTT)。BTTT具有四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu),Tb在BTTT陶瓷中的固溶度為x=0.12,晶胞體積(V0)隨摻雜劑含量(x)的變化滿足線性的Vegard定律。缺陷化學(xué)為:在Ba/Ti=1的情況下,Tb3+離子不能像Eu3+或Dy3+那樣,可以在主BaTiO_3晶格中形成完全的自補(bǔ)償模式,而是體現(xiàn)Tb3+/Tb4+混合價的自我調(diào)節(jié)的雙性位占據(jù)行為,以維持晶格電中性。室溫電阻率(ρRT)隨x的增加顯示線性下降,從1.0×108~1.7×107?cm,歸因于Tb3+在Ba位逐漸增強(qiáng)的施主效應(yīng)。當(dāng)x=0.05時,BTTT陶瓷展現(xiàn)較高的室溫介電常數(shù)(ε′RT=1190)和低介電損耗(tanδ=0.02),并且在102~105 Hz范圍內(nèi),其介電率幾乎與頻率無關(guān)。這個陶瓷是溫度平滑型X5S介電應(yīng)用有前途的介電體。3)燒結(jié)溫度對(Ba_(0.93)La_(0.07))(Ti_(0.93)Tb_(0.07))O_3陶瓷的固溶性質(zhì)和介電性能的影響在不同的燒結(jié)溫度(Ts)下,制備了(Ba_(0.93)La_(0.07))(Ti_(0.93)Tb_(0.07))O_3陶瓷(BLTT7)。結(jié)果表明:當(dāng)Ts從1100增加到1300°C時,La離子是首先并入鈣鈦礦晶格,形成以La富的核晶粒為主的“核殼”結(jié)構(gòu),未發(fā)現(xiàn)O空位缺陷。Tb離子從殼中逐漸向La富的核晶粒擴(kuò)散,Tb以Tb3+/Tb4+混合價態(tài)占據(jù)Ti位。Ts=1300°C時,BLTT7滿足X8P介電指標(biāo)。Ts=1400°C時,BLTT7滿足X7U介電指標(biāo),說明較高的燒結(jié)溫度導(dǎo)致“核殼”結(jié)構(gòu)的崩潰。
[Abstract]:閽涢吀閽，

本文編號：1556919