氧化镁对钛酸锶钡基陶瓷相变及介电性能的影响(附件)【字数：14225】
摘 要摘 要钛酸锶钡（BST）陶瓷材料具有优良的介电性能，其介电常数大，介质损耗低以及介电可调性好，由此成为热点研究材料之一。本实验研究了采用传统固相法制备非化学计量的Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系中不同主晶相、MgO掺杂量以及烧结工艺对体系的相变和介电性能的影响。实验发现δ的不同取值对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系有一定的移峰作用，而介电温谱无明显展宽，适当的δ值有利于提高εr、降低tanδ，当δ=0.004时试样的综合介电性能较优；在MgO掺杂Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系陶瓷的实验中发现，掺杂量为0.2wt.%MgO的Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3陶瓷为具有钙钛矿结构主晶相的多相化合物；随着MgO掺杂量增加，Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系的室温下降εr，室温tanδ先减小后增加，居里温度向低温方向移动，试样的温度稳定性有所提高；此外，对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系介电性能有较大影响的因素还有烧结温度和烧结保温时间。关键词BST陶瓷；非化学计量比 ；MgO掺杂量；烧结工艺；相变；介电性能
目 录
第一章 绪论 1
1.1 前言 1
1.2 钛酸锶钡（BST）的简介 2
1.2.1 电容器介质陶瓷的简介 2
1.2.2 铁电陶瓷的简介 2
1.2.3 钛酸锶钡材料的晶体结构 4
1.2.4 钛酸锶钡材料的掺杂改性 5
1.2.5 钛酸锶钡粉体的制备方法 7
1.3 电介质陶瓷的电学性能 9
1.3.1 陶瓷材料的介质的电极化及介电常数........................................................9
1.3.2 陶瓷材料介电损耗........................................................................................9
第二章 试样制备及实验方法 10
2.1 原料及设备 10
2.1.1 原料配方及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
规格 10
2.1.2实验设备简介 11
2.2实验工艺流程及工艺介绍 12
2.2.1工艺流程 12
2.2.2 工艺流程介绍 15
2.3 钛酸锶钡基陶瓷的性能测试 16
第三章 结果与讨论 16
3.1 主晶相对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系介电性能的影响 17
3.1.1 主晶相对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系室温介电性能的影响 17
3.1.2 主晶相对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系介电温谱的影响 19
3.1.3 烧结工艺Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系室温介电性能的影响............................20
3.2 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系相变的影响 23
3.3 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系介电性能的影响 24
3.3.1 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系室温介电性能的影响 24
3.3.2 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系介电温谱的影响 26
3.3.3烧结工艺MgO掺杂Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系室温介电性能的影响.........28
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 前言
二十一世纪是信息化的时代，为了顺应新时代的发展，我们对材料的要求也越来越高，信息功能陶瓷已经成为这个电子信息时代不可或缺的材料，广泛应用于家电、汽车和新能源等领域，在各种电子信息设备中也发挥着关键的作用。此外，电子陶瓷材料已经成为激光、集成、计算、光学等新科技领域的基础原料之一，重要性不言而喻。电子信息产品渐渐趋向细微化、集成化、网络化发展，因此，功能陶瓷细晶化、电磁特性高频化、陶瓷低温共烧等技术将成为一系列新型的电子器件陆续面世的关键。近些年来，功能陶瓷材料的市场需求急剧增大，在市场上的战略地位越来越重要，世界各个国家和地区也加大了对功能陶瓷的探索与研发[1]。
介电陶瓷是众多功能陶瓷的其中一种，它可以控制介电性质，以满足较高的介电常数、较低的高频损耗、适中的介电常数温度变化值等要求。介电陶瓷材料的种类很多，常见的有铁电介质陶瓷材料、半导体介质陶瓷材料、高频介质陶瓷材料和微波介质陶瓷材料等，主要被应用于电容器和微波电路元件[2]。
钛酸锶钡（简称 BST）是BaTiO3与SrTiO3的无限固溶体，因此兼备了BaTiO3介电常数高、绝缘电阻高和SrTiO3介电损耗低、稳定性好等良好的性能。钛酸锶钡的介电常数和居里温度可以伴随着SrTiO3含量值的变化而在较宽的温度范围内获得适当的调节，在许多微电子领域极受欢迎[3]。虽然BST在顺电态条件下的介电损耗比较小，然而它在居里温度区域附近区域的介电常数却很大，对整个器件来说，这种特性会影响整体的阻抗匹配。就算通过微波频率的调控，可以使可调度稍有降低，但仍然不利于实际应用中滤波范围内的宽化。
为了改善BST的性能，使其介电常数达到实际应用中的要求，并且有效降低介电损耗，研究人员尝试通过掺杂添加剂的途径，试图探索出最佳的改性方案[4]。除此之外，在铁电顺电相变过程中，BST陶瓷在Tc附近的介电常数的温度稳定性比较差，而且居里温区较狭小，所以，只要工作温度稍微发生变化，元器件的介电性能就会产生较大的波动，造成元器件工作时的稳定性、精度以及可靠性下降[5]。然而，只要对BST陶瓷材料采取主晶相改变、掺杂改性[69]以及烧结工艺改进[1013]等措施就可以解决这些问题并且满足不同领域对于介电陶瓷的不同需求。
综合上述背景，我们通过传统固相烧结法来制备研究试样，并且尝试采用改变钛酸锶钡陶瓷（Ba0.75Sr0.25Ti1δO3）的主晶相、改性剂掺杂量以及烧结工艺的方法来获得最优异的介电性能。
1.2 钛酸锶钡（BST）的简介
1.2.1 电容器介质陶瓷的简介
电容器介质陶瓷，一种被应用到电容器制造的介质材料。介质陶瓷的种类很多，按照国家标准主要分为三种，即Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类介质陶瓷。Ⅰ类介质陶瓷介电损耗较小，介电常数的温度系数范围较宽，是高频电路中的陶瓷介质电容器的制造材料之一；Ⅱ类介质陶瓷在低频下的介电常数的数值变化与温度和电场强度有关，呈明显的非线性特征，发生极化后具有压电效应等；Ⅲ类介质陶瓷材料的晶粒是半导体，导电介质主要是以表面在金属电极之间的接触势垒层或者晶粒之间的绝缘层，它的介电常数一般会很高。在汽车制造、电子计算机等领域都有较为广泛的应用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 前言 1
1.2 钛酸锶钡（BST）的简介 2
1.2.1 电容器介质陶瓷的简介 2
1.2.2 铁电陶瓷的简介 2
1.2.3 钛酸锶钡材料的晶体结构 4
1.2.4 钛酸锶钡材料的掺杂改性 5
1.2.5 钛酸锶钡粉体的制备方法 7
1.3 电介质陶瓷的电学性能 9
1.3.1 陶瓷材料的介质的电极化及介电常数........................................................9
1.3.2 陶瓷材料介电损耗........................................................................................9
第二章 试样制备及实验方法 10
2.1 原料及设备 10
2.1.1 原料配方及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
规格 10
2.1.2实验设备简介 11
2.2实验工艺流程及工艺介绍 12
2.2.1工艺流程 12
2.2.2 工艺流程介绍 15
2.3 钛酸锶钡基陶瓷的性能测试 16
第三章 结果与讨论 16
3.1 主晶相对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系介电性能的影响 17
3.1.1 主晶相对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系室温介电性能的影响 17
3.1.2 主晶相对Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系介电温谱的影响 19
3.1.3 烧结工艺Ba0.75Sr0.25Ti1－δO3体系室温介电性能的影响............................20
3.2 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系相变的影响 23
3.3 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系介电性能的影响 24
3.3.1 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系室温介电性能的影响 24
3.3.2 MgO对Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系介电温谱的影响 26
3.3.3烧结工艺MgO掺杂Ba0.75Sr0.25Ti0.998O3体系室温介电性能的影响.........28
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 前言
二十一世纪是信息化的时代，为了顺应新时代的发展，我们对材料的要求也越来越高，信息功能陶瓷已经成为这个电子信息时代不可或缺的材料，广泛应用于家电、汽车和新能源等领域，在各种电子信息设备中也发挥着关键的作用。此外，电子陶瓷材料已经成为激光、集成、计算、光学等新科技领域的基础原料之一，重要性不言而喻。电子信息产品渐渐趋向细微化、集成化、网络化发展，因此，功能陶瓷细晶化、电磁特性高频化、陶瓷低温共烧等技术将成为一系列新型的电子器件陆续面世的关键。近些年来，功能陶瓷材料的市场需求急剧增大，在市场上的战略地位越来越重要，世界各个国家和地区也加大了对功能陶瓷的探索与研发[1]。
介电陶瓷是众多功能陶瓷的其中一种，它可以控制介电性质，以满足较高的介电常数、较低的高频损耗、适中的介电常数温度变化值等要求。介电陶瓷材料的种类很多，常见的有铁电介质陶瓷材料、半导体介质陶瓷材料、高频介质陶瓷材料和微波介质陶瓷材料等，主要被应用于电容器和微波电路元件[2]。
钛酸锶钡（简称 BST）是BaTiO3与SrTiO3的无限固溶体，因此兼备了BaTiO3介电常数高、绝缘电阻高和SrTiO3介电损耗低、稳定性好等良好的性能。钛酸锶钡的介电常数和居里温度可以伴随着SrTiO3含量值的变化而在较宽的温度范围内获得适当的调节，在许多微电子领域极受欢迎[3]。虽然BST在顺电态条件下的介电损耗比较小，然而它在居里温度区域附近区域的介电常数却很大，对整个器件来说，这种特性会影响整体的阻抗匹配。就算通过微波频率的调控，可以使可调度稍有降低，但仍然不利于实际应用中滤波范围内的宽化。
为了改善BST的性能，使其介电常数达到实际应用中的要求，并且有效降低介电损耗，研究人员尝试通过掺杂添加剂的途径，试图探索出最佳的改性方案[4]。除此之外，在铁电顺电相变过程中，BST陶瓷在Tc附近的介电常数的温度稳定性比较差，而且居里温区较狭小，所以，只要工作温度稍微发生变化，元器件的介电性能就会产生较大的波动，造成元器件工作时的稳定性、精度以及可靠性下降[5]。然而，只要对BST陶瓷材料采取主晶相改变、掺杂改性[69]以及烧结工艺改进[1013]等措施就可以解决这些问题并且满足不同领域对于介电陶瓷的不同需求。
综合上述背景，我们通过传统固相烧结法来制备研究试样，并且尝试采用改变钛酸锶钡陶瓷（Ba0.75Sr0.25Ti1δO3）的主晶相、改性剂掺杂量以及烧结工艺的方法来获得最优异的介电性能。
1.2 钛酸锶钡（BST）的简介
1.2.1 电容器介质陶瓷的简介
电容器介质陶瓷，一种被应用到电容器制造的介质材料。介质陶瓷的种类很多，按照国家标准主要分为三种，即Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类介质陶瓷。Ⅰ类介质陶瓷介电损耗较小，介电常数的温度系数范围较宽，是高频电路中的陶瓷介质电容器的制造材料之一；Ⅱ类介质陶瓷在低频下的介电常数的数值变化与温度和电场强度有关，呈明显的非线性特征，发生极化后具有压电效应等；Ⅲ类介质陶瓷材料的晶粒是半导体，导电介质主要是以表面在金属电极之间的接触势垒层或者晶粒之间的绝缘层，它的介电常数一般会很高。在汽车制造、电子计算机等领域都有较为广泛的应用。
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