本文關(guān)鍵詞：鈦酸鉍鈣高溫壓電和氧化鈦高介電材料的改性研究

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【摘要】：介電材料和壓電材料是兩類重要的電子功能材料。高性能介電材料在設(shè)備小型化和高能量密度存儲上的巨大應(yīng)用一直是研究的熱點,它們具有高介電常數(shù)(εr104)、低介電損耗(tanδ5%)和很好的高頻穩(wěn)定性等優(yōu)異性能。最新研究發(fā)現(xiàn),(In,Nb)共摻雜TiO2的介電損耗(tanδ)在很長的頻率范圍內(nèi)低于5%,其優(yōu)異的介電性能使其具有很大的開發(fā)潛力。因此,深入研究新型(In,Nb)摻雜的高介電TiO2材料,繼續(xù)提高其高介電性能,將會是一個很有前景的工作。鉍層材料是重要的壓電材料,是由鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物層和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的晶格層穿插交疊而成。它們主要應(yīng)用于高溫環(huán)境,例如,工作溫度為200～400℃的汽車和航空航天工業(yè),甚至可以在核反應(yīng)堆等更高溫度下使用。CaBi4Ti4O15鉍層壓電陶瓷有著很高居里溫度(Tc=790℃)和低的介電損耗(tanδ0.3%),在高溫傳感器上有很大應(yīng)用,也是近年來各國科學家研究的熱點,對其繼續(xù)進行摻雜改性研究也有著重要的研究意義。在上述研究背景下,本論文主要研究了(In,Nb)摻雜的Ti02高介電陶瓷和AB位摻雜的CaBi4Ti4015高溫壓電陶瓷的性能、結(jié)構(gòu)等,結(jié)論如下:1.研究了(In,Nb)摻雜含量分別為1%、5%、10%對Ti02陶瓷性能影響,得出(In,Nb)摻雜量為5%的Ti02陶瓷有著較高的介電常數(shù)(εr104)和較低的損耗(tanδ≤5%),所以選擇該Ti02陶瓷進行深入改性研究�？紤]到In2O3在燒結(jié)過程中(850℃～930℃)具有很高的蒸氣壓而容易升華,故在原來5%(In,Nb)摻雜量的基礎(chǔ)上增加In的含量來彌補In的揮發(fā)損失,研究其補償量對材料性能的影響,其化學結(jié)構(gòu)式為:(Nb0.5In0.5)0.05Ti0.95O2+xIn2O3(x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08)。研究得出x=0.04的樣品更加致密,密度最大。在頻率等于7KHz時,樣品x=0.04的介電損耗tanδ具有最小值1.28%。在40Hz～100KHz頻率范圍內(nèi),樣品x=0.04的介電損耗均小于5%;在147Hz～100KHz范圍內(nèi),其介電損耗小于3%。樣品x=0.04的相對介電常數(shù)在40Hz～1MHz范圍內(nèi)均大于104,相對介電常數(shù)隨著頻率的增加下降不明顯,體現(xiàn)出很好的頻率穩(wěn)定性。在溫度-50℃～150℃范圍內(nèi),多加4%In2O3的樣品一直具有最小的介電損耗;在溫度為125℃時,其介電損耗仍能小于5%,說明該組分樣品的介電性能也具有良好的溫度穩(wěn)定性。2.研究了 B位(W,Nb)復(fù)合摻雜對CaBi4Ti4O15(CBT)陶瓷性能的影響。復(fù)合摻雜的化學結(jié)構(gòu)式為:CaBi4T14-x(W,Nb)x/2Oi5(x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08),B位(W,Nb)復(fù)合摻雜大大提高了 CBT的壓電常數(shù)d33、電阻率及介電特性。當x=0.04時,壓電常數(shù)d33為20pC/N,遠遠高于純CBT的壓電常數(shù)。500℃時,樣品x=0.04的電阻率仍然高達106Ω·cm,具有很好的高溫穩(wěn)定性。室溫下,x=0.04的厚度振動機電耦合系數(shù)kt數(shù)值為21.1%,遠大于平面振動機電耦合系數(shù)kp(5.9%),其介電損耗僅為0.18%,機械品質(zhì)因數(shù)Qm為6390,以上數(shù)據(jù)表明(W,Nb)摻雜CBT高溫鉍層結(jié)構(gòu)陶瓷的各項性能得到明顯提高。3.研究了 AB位同時摻雜對CaBi4Ti4O15陶瓷各項性能的影響,化學結(jié)構(gòu)式為:Ca0.8(Li,Ce)0.1Bi4Ti4-x(W,Nb)x/2O15(x=0.02,x=0.04,x=0.06,x=0.08)。AB 位同時摻雜使材料壓電和介電性能得到了一定程度的提高。樣品x=0.04的壓電常數(shù)d33由7pC/N提高到16pC/N,介電損耗tanδ僅為0.26%,厚度振動機電耦合系數(shù)kt為17.9%,平面振動耦合系數(shù)kp為4.8%。通過AB復(fù)合摻雜,獲得了比純CBT陶瓷性能優(yōu)異的改性Ca0.8(Li,Ce)0.1Bi4Ti3.96(W,Nb)0.02Oi5高溫鉍層陶瓷。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB34

【參考文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 茹扎·阿巴合;高溫鉍層鈦酸鉍鈉壓電陶瓷的復(fù)合改性研究[D];山東大學;2016年

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本文編號：1280159