溶胶-凝胶法制备掺杂钛酸钡基电子陶瓷和薄膜的研究

摘要

环境问题已经成为阻碍社会发展的首要问题。为了保护日益严峻的地球环境，我们必须改善我们所使用的材料，无铅钛酸钡陶瓷因而受到越来越多的关注。钛酸钡系列电子陶瓷是近几十年发展起来的新型现代功能陶瓷，目前已成为现代功能陶瓷中最重要的一类，是电子陶瓷元件的基础母体原料。在溶胶凝胶的制备过程和制陶过程对成品陶片的粒径大小、均匀程度和密度等性质都有很大的影响，而这些性质又强烈影响着钛酸钡陶瓷和薄膜的电学性质，所以本论文选择掺杂钛酸钡的溶胶凝胶法制备和电学性质作为研究课题。主要对钛酸钡系电子陶瓷和薄膜的介电常数、介电损耗及电阻率和掺杂量、烧结温度、成型压力等的关系进行研究和探讨。本论文工作的主要内容有：本文以溶胶凝胶法为原理，从制备新型无铅介电材料出发，制备出Bi、La、Nd、Ce四种元素掺杂的钛酸钡粉体、陶瓷和薄膜。采用红外分析技术，详细地分析和讨论了在溶胶配制以及干凝胶的热处理过程中的反应，特别是有机盐的水解和聚合反应；采用DTA、XRD、SEM等技术讨论了掺杂钛酸钡粉体的固相反应、结晶温度、结晶性能。由上述溶胶凝胶工艺所制备的掺杂钛酸钡粉体出发，采用传统的电子陶瓷制备技术，制备了掺杂钛酸钡陶瓷，运用SEM、XRD等分析手段表征了陶瓷的物化结构性能，对掺杂量、烧结温度、成型压力等因素对陶瓷的介电性能和电阻率的影响进行了研究。并探讨了Si的引入对掺杂钛酸钡陶瓷结晶状况的影响。

目录

文摘

英文文摘

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符号说明

第一章 绪论

1.1 功能陶瓷材料

1.2 介电陶瓷材料

1.3 铁电陶瓷材料

1.4 铁电薄膜

1.5 BaTiO3基陶瓷

第二章 掺杂钛酸钡粉体的溶胶凝胶法制备

2.1 钛酸钡陶瓷粉体合成技术概述

2.1.1陶瓷粉体制备的物理方法

2.1.2陶瓷粉体制要的化学方法

2.2 掺杂钛酸钡粉体的溶胶凝胶法制备

2.2.1溶胶凝胶法原理

2.2.2 工艺过程

2.2.3原材料及实验设备

第三章 掺杂钛酸钡溶胶及粉体物化结构分析

3.1表征方法概述

3.1.1红外光谱分析

3.1.2晶态表征

3.1.3微观结构分析

3.2掺杂钛酸钡溶胶红外光谱分析

3.3掺杂钛酸钡粉体差热及热重分析

3.4掺杂钛酸钡粉体的微观分析

3.5不同热处理温度下BBT(x=0.1)粉体的XRD分析

3.6本章小节

第四章 钛酸钡陶瓷材料的制备与电性能测试

4.1 掺杂钛酸钡陶瓷的制备

4.2 铋掺杂钛酸钡陶瓷的制备与电性能

4.2.1铋含量对陶瓷电性能的影响

4.2.2不同烧结温度下的样品性能和SEM分析

4.2.3不同压力下样品性能比较和SEM分析

4.3 镧掺杂钛酸钡陶瓷的制备与电性能

4.3.1镧含量对陶瓷电性能的影响

4.3.2不同烧结温度对陶瓷电性能的影响

4.4 铈掺杂钛酸钡陶瓷的制备与电性能

4.4.1不同含量对陶瓷电性能的影响

4.4.2不同烧结温度对陶瓷电性能的影响

4.5 钕掺杂钛酸钡陶瓷的制备与电性能

4.5.1不同含量对陶瓷电性能的影响

4.5.2不同烧结温度比较

4.6 不同元素掺杂对钛酸钡陶瓷电性能影响综合分析

4.6.1不同元素掺杂对钛酸钡陶瓷电性能影响综合分析

4.6.2密度的测量比较

4.6.2四种元素掺杂的钛酸钡陶瓷的SEM照片

4.6.3四种元素掺杂的钛酸钡陶瓷的XRD图谱

4.7本章小节

第五章 Si元素对钛酸钡基陶瓷半导化的影响

5.1 Si对BBT陶瓷的影响

5.1.1不同Si含量的影响对BBT陶瓷的影响

5.1.2不同烧结温度比较

5.2 Si对BLT陶瓷的影响

5.3 Si对BCT陶瓷的影响

5.4 Si对BNT陶瓷的影响

5.5掺Si钛酸钡基陶瓷的SEM分析

5.6掺Si钛酸钡基陶瓷的TEM分析

5.7本章小节

第六章铁电薄膜材料的制备与性能研究

6.1铁电薄膜的制备

6.2实验过程

6.3防干燥剂的选择

6.4不同热处理温度BBT薄膜的XRD和SEM分析

6.5本章小节

第七章 论文的主要结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文