BiScO-,3-改性高工作溫度壓電和介電陶瓷研究.pdf

1、近年來，隨著電子元器件使用溫度要求的提高，對高工作溫度下介質(zhì)材料的研究已成為國際關(guān)注的熱點(diǎn)。由于現(xiàn)有的壓電陶瓷體系居里溫度低難以滿足高溫應(yīng)用以及現(xiàn)有的多層陶瓷電容器瓷料使用溫度有限，開發(fā)出具有高居里溫度壓電陶瓷和寬工作溫度的介質(zhì)陶瓷成為當(dāng)前函待解決的問題。本文開展以BiScO3改性鈣鈦礦型陶瓷為對象，探索鈣鈦礦型高溫壓電陶瓷和高溫穩(wěn)定型介質(zhì)陶瓷的結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能，尋找適合于高溫壓電器件和寬溫多層陶瓷電容器要求的新型陶瓷材料。
　　

2、 本文重點(diǎn)探索BiScO3改性壓電陶瓷準(zhǔn)同型相界附近組成的結(jié)構(gòu)和性能，研究BiScO3對BaTiO3的摻雜改性使其介電峰展寬作用，具體的研究工作主要包括以下三個方面：
　　 (一)BiScO3改性鈣鈦礦陶瓷準(zhǔn)同型相界附近組成、結(jié)構(gòu)和高溫壓電性能
　　 根據(jù)準(zhǔn)同型相界附近容限因子與PbTiO3含量的規(guī)律，歸納總結(jié)出二元Bi基和Pb基體系準(zhǔn)同型相界范圍的方程，并在Co摻雜BiScO3-PbTiO3(BS-PT)體系中得到應(yīng)用

3、。Co摻雜BS-PT陶瓷在準(zhǔn)同型相界附近獲得較高相轉(zhuǎn)變溫度Tm(～470℃)，但是其壓電性能有顯著降低；通過對該最佳性能組成點(diǎn)進(jìn)行Nb摻雜改性，發(fā)現(xiàn)Nb的摻入導(dǎo)致施主摻雜，在0.5mol％的摻雜量時獲得最佳鐵電壓電性能：d33=390pC/N，kp=0.52，Tm=451℃。
　　 分別引入第三組元Pb(Sc1/2Nb1/2)O3(PSN)和Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(PZN)到BS-PT體系中，研究了三元體系在其準(zhǔn)同型相

4、界附近陶瓷組成的電學(xué)性能。在BS-PT-PSN體系中，PSN的加入使陶瓷的壓電性能有顯著降低，而且同樣導(dǎo)致了體系的相轉(zhuǎn)變溫度Tm的顯著降低；而在BS-PT-PZN體系中，當(dāng)PZN摻入量為5mol％，在組成0.35BS-0.60PT-0.05PZN時獲得最佳的鐵電壓電性能：d33=490pC/N，kp=0.57，Tm=417℃；在此基礎(chǔ)上，用Mn摻雜對該組成進(jìn)行改性研究，發(fā)現(xiàn)少量的Mn摻雜導(dǎo)致“變軟”和“變硬”雙重特性，提高了Tm、d33

5、、Qm和電阻率，降低了介電損耗，獲得了一種新型的高溫壓電陶瓷體系，其壓電性能為：壓電常數(shù)d33=560pC/N，平面機(jī)電耦合系數(shù)kp=0.59，機(jī)械品質(zhì)因子Qm=130～460，電阻率為2.3×1011Ω·cm和高的相轉(zhuǎn)變溫度Tm=436℃。
　　 (二)BiScO3改性高溫壓電陶瓷的機(jī)制研究
　　 壓電性能的溫度穩(wěn)定性是壓電陶瓷器件的一個重要參數(shù)。本文從BiScO3改性陶瓷的相結(jié)構(gòu)、電疇和電疇運(yùn)動的角度來分析壓電陶瓷的

6、溫度穩(wěn)定性的內(nèi)在機(jī)制，結(jié)果表明，壓電陶瓷溫度穩(wěn)定性主要決定于90°電疇穩(wěn)定性，不同相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的差異是由其晶體內(nèi)占主導(dǎo)的疇類型不同而導(dǎo)致的。
　　 (三)BiScO3在高工作溫度介質(zhì)陶瓷中的作用
　　 本文以BiScO3改性BaTiO3體系為基體，通過引入PbTiO3組元，獲得了較寬的溫度范圍內(nèi)容溫特性很好的陶瓷體系0.80BT-0.10BS-0.10PT，其1kHz下介電常數(shù)在1600～2300之間，容溫變化率在-30