无铅电容器陶瓷介质材料掺杂改性研究

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本文以具有钙钛矿结构的无铅电容器陶瓷介质材料(BaSr)(SnTi)O3为研究对象,通过掺杂对其进行改性,分析了掺杂后材料的晶体结构、微观形貌和介电性能,探寻具有高介电常数、低介电常数温度变化率的陶瓷介质材料。主要内容包括:研究了Bi3+、Na+和Mg2+对(Ba0.68Sr0.32)(Ti0.99Sn0.01)O3陶瓷介电性能的影响。Bi3+掺杂后,陶瓷试样居里峰(εmax降低,介电损耗明显增大。对含有Bi3+的(Ba0.68Sr0.311Bi0.006)(Ti0.99Sn0.01)O3陶瓷进行Mg2+和Na+掺杂改性:Mg2+掺杂后,陶瓷试样介电常数明显降低,介电常数温度系数得到改善;Na+掺杂后,陶瓷试样中出现三方相晶格畸变,居里峰(εmax降低,介电损耗得到明显改善。随后,对含有Bi3+和Na+的(Ba0.677Sr0.311Bi0.006)Na0.006(Ti0.99Sn0.01)O3陶瓷进行Mg2+掺杂改性,研究发现:随着Mg2+含量从0增加到2.0mol%,陶瓷试样居里峰(εmax降低,居里温度(Tc)向低温方向移动;当Mg2+含量大于2.0mol%时,陶瓷试样居里峰(εmax只是稍微的降低,而居里温度(Tc)几乎没有移动;当Mg2+含量大于1.0mol%时,陶瓷试样中三方相晶格畸变消失,使得低温区介电损耗得到改善。探索了Y2O3一次掺杂和二次掺杂对(Ba0.670Sr0.311)Bi0.006Mg0.010)(Ti0.99Sn0.01)O3陶瓷介电性能的影响。两种掺杂方式都使得陶瓷试样的介电常数居里峰(εmax增大,同时使陶瓷试样的介电常数表现出明显的弥散相变特征。这两种掺杂方式对陶瓷试样介电损耗的影响有一定程度的不同:Y2O3一次掺杂改性时,陶瓷试样在高温区的介电损耗与Y2O3掺杂量相关;Y2O3二次掺杂改性时,陶瓷试样在高温区的介电损耗得到明显改善,并且不随Y2O3含量的变化而改变。而后,通过分步法合成了(Ba0.68Sr0.311Bi0.006)(Ti0.99Sn0.01)O3 - (Bi0.5Na0.5)TiO3陶瓷。该陶瓷试样没有明显的介电常数居里峰(εmax,是一种混合物:由居里温度(Tc)不同的多种化合物总成。陶瓷试样在-25℃ 85℃温度范围内表现出较好的介电常数温度变化率(TCC)。对80wt.%(Ba0.68Sr0.311Bi0.006)(Ti0.99Sn0.01)O3 - 20wt.% (Bi0.5Na0.5)TiO3陶瓷试样进行Y2O3二次掺杂改性,研究发现:Y2O3掺杂量为0.5mol%时,陶瓷试样表现出了较高的介电常数,大约在3000左右。
中文摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 文献综述第9-26页
    1.1 前言第9页
    1.2 无铅电子陶瓷介质材料研究现状第9-10页
    1.3 BaTiO_3 基陶瓷介质材料研究第10-19页
        1.3.1 BaTiO_3的晶体结构第10-11页
        1.3.2 BaTiO_3基陶瓷介质材料的改性第11-19页
    1.4 (Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3 基陶瓷介质材料研究第19-22页
        1.4.1 (Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3 基陶瓷介质材料的改性第19-22页
    1.5 CaCu_3Ti_4O_(12) 陶瓷介质材料研究第22-26页
        1.5.1 CaCu_3Ti_4O_(12) 材料的晶体结构、介电性能和制备第22-24页
        1.5.2 CaCu_3Ti_4O_(12) 陶瓷材料的改性研究第24-26页
第二章 制备工艺与测试第26-31页
    2.1 制备工艺第27-29页
        2.1.1 实验仪器第27页
        2.1.2 实验原料第27-28页
        2.1.3 配方组成第28页
        2.1.4 制备工艺流程第28-29页
    2.2 陶瓷样品的结构及性能表征第29-31页
        2.2.1 物相结构分析第29页
        2.2.2 显微结构分析第29页
        2.2.3 介电性能测试第29-30页
        2.2.4 电导测试第30-31页
第三章 Bi~(3+)、Na+、Mg~(2+)掺杂改性(Ba_(0.68)Sr_(0.32))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3陶瓷第31-60页
    3.1 引言第31页
    3.2 Bi~(3+)添加的(Ba_(0.68)Sr_(0.32))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3 陶瓷第31-34页
        3.2.1 晶体结构第32-33页
        3.2.2 微观形貌第33页
        3.2.3 介电性能第33-34页
    3.3 Mg~(2+)添加的(Ba_(0.68)Sr_(0.311)Bi_(0.006))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3 陶瓷第34-45页
        3.3.1 烧结温度对介电性能的影响第35-36页
        3.3.2 晶体结构第36-37页
        3.3.3 微观形貌第37-38页
        3.3.4 介电性能-温度关系第38-41页
        3.3.5 弥散相变特征第41-43页
        3.3.6 高温电导特性第43-45页
    3.4 Na~+添加的(Ba_(0.68)Sr_(0.311)Bi_(0.006))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3 陶瓷第45-48页
        3.4.1 晶体结构第46-47页
        3.4.2 微观形貌第47页
        3.4.3 介电性能第47-48页
    3.5 Mg~(2+)添加的(Ba_(0.677)Sr_(0.311)Bi_(0.006)Na_(0.006))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3 陶瓷第48-59页
        3.5.1 烧结温度对介电性能的影响第49-50页
        3.5.2 晶体结构第50-53页
        3.5.3 微观形貌第53-54页
        3.5.4 介电性能-温度关系第54-56页
        3.5.5 弥散相变特征第56-58页
        3.5.6 高温电导特性第58-59页
    3.6 小结第59-60页
第四章 Y~(3+)掺杂改性(Ba_(0.670)Sr_(0.311)Bi_(0.006)Mg_(0.010))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3陶瓷第60-82页
    4.1 引言第60页
    4.2 (Ba_(0.670)Sr_(0.311)Bi_(0.006-x)Y_xMg_(0.010))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3 陶瓷第60-70页
        4.2.1 烧结温度对介电性能的影响第61-63页
        4.2.2 晶体结构第63-64页
        4.2.3 微观形貌第64-65页
        4.2.4 介电性能-温度关系第65-67页
        4.2.5 弥散相变特征第67-69页
        4.2.6 高温电导性第69-70页
    4.3 Y_2O_3 二次掺杂的(Ba_(0.670)Sr_(0.311)Bi_(0.006)Mg_(0.010))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3第70-81页
        4.3.1 烧结温度对介电性能的影响第71-73页
        4.3.2 晶体结构第73-74页
        4.3.3 微观形貌第74-75页
        4.3.4 介电性能-温度关系第75-79页
        4.3.5 弥散相变特征第79-81页
    4.4 小结第81-82页
第五章 (Ba_(0.68)Sr_(0.311)Bi_(0.006))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3 –(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3陶瓷及Y_2O_3掺杂第82-98页
    5.1 引言第82页
    5.2 (Ba_(0.68)Sr_(0.311)Bi_(0.006))(Ti_(0.99)Sn_(0.01))O_3 - (Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3陶瓷第82-90页
        5.2.1 晶体结构第83-84页
        5.2.2 微观形貌第84-87页
        5.2.3 介电性能-温度关系第87-90页
        5.2.4 弥散相变特征第90页
    5.3 Y_2O_3 二次掺杂改性20BNT 陶瓷第90-97页
        5.3.1 晶体结构第91-92页
        5.3.2 微观形貌第92-95页
        5.3.3 介电性能-温度关系第95-97页
        5.3.4 弥散相变特征第97页
    5.4 小结第97-98页
第六章 结论第98-100页
参考文献第100-111页
发表论文情况第111-112页
致谢第112页
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