镧铽共掺杂钛酸钡陶瓷的介电性质和缺陷化学的研究

发布时间：2018-03-02 14:33

  本文选题：BaTiO_3陶瓷　切入点：双稀土　出处：《吉林化工学院》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：钛酸钡(BaTiO_3)基陶瓷具有优越的综合介电性能,在电子陶瓷产业起到支柱的作用。稀土元素在我国十分丰富,一般在化合物中体现为三价。铽(Tb)原子序数为65,位于Gd与Dy之间,是一种特殊的稀土元素。在化合物中,Tb以Tb3+(4f8)存在,或以亚稳的Tb4+(4f7)存在。研究者很少考虑BaTiO_3基陶瓷中Tb4+的存在。本项工作采用混合氧化物方法,制备了La/Tb共掺杂BaTiO_3陶瓷以及具有自补偿模式的Tb掺杂BaTiO_3陶瓷。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、介电温谱、变温电子顺磁共振(EPR)和X光电子能谱(XPS)等多项测试分析技术,对陶瓷晶体结构、介电性能及缺陷化学进行了系统研究。1)La/Tb共掺杂Ba TiO_3陶瓷的介电性能和缺陷化学制备了名义分子式为(Ba_(1-x)La_x)(Ti_(1-x)Tb_x)O_3(0.03≤x≤0.20)(BLTT)的介电陶瓷。Tb在BLTT中的固溶度为x=0.15。当x≤0.03时,BLTT具有四方钙钛矿结构,0.05≤x≤0.15,BLTT具有立方钙钛矿结构。介电峰温度(Tm)显示线性移动率,为-19°C/%(La-Tb)。当x=_(0.07)时,BLTT具有较高的室温介电常数(ε′RT=2450)和低介电损耗(tanδ=0.029),是X7U介电应用有前途的介电体。缺陷化学的研究指出:BLTT的点缺陷是Ba位La3+和Tb3+、Ti位Tb3+和Tb4+、以及Ti空位。Ba位La3+和Ti位Tb3+是占支配性的。EPR和XPS观察给出Tb4+离子在Ti位存在的证据。少量的Tb4+亚稳态离子在Ti位和占支配性的La3+-Tb3+复合体在双位的存在对BLTT陶瓷的低介电损耗负责。过量Tb(0.03Tb)在(Ba_(1-x) La_x)(Ti_(1-x)Tb_x)O_3(x=0.03)陶瓷中的应用,可以使BLTT陶瓷的相对密度从84%提升到96%,显著改善BLTT陶瓷的介电性能。2)Tb在BaTiO_3陶瓷中自补偿模式的探索制备了具有Tb自补偿模式的(Ba_(1-x)Tb_x)(Ti_(1-x)Tb_x)O_3(0.05≤x≤0.20)陶瓷(简称BTTT)。BTTT具有四方钙钛矿结构,Tb在BTTT陶瓷中的固溶度为x=0.12,晶胞体积(V0)随掺杂剂含量(x)的变化满足线性的Vegard定律。缺陷化学为:在Ba/Ti=1的情况下,Tb3+离子不能像Eu3+或Dy3+那样,可以在主BaTiO_3晶格中形成完全的自补偿模式,而是体现Tb3+/Tb4+混合价的自我调节的双性位占据行为,以维持晶格电中性。室温电阻率(ρRT)随x的增加显示线性下降,从1.0×108~1.7×107?cm,归因于Tb3+在Ba位逐渐增强的施主效应。当x=0.05时,BTTT陶瓷展现较高的室温介电常数(ε′RT=1190)和低介电损耗(tanδ=0.02),并且在102~105 Hz范围内,其介电率几乎与频率无关。这个陶瓷是温度平滑型X5S介电应用有前途的介电体。3)烧结温度对(Ba_(0.93)La_(0.07))(Ti_(0.93)Tb_(0.07))O_3陶瓷的固溶性质和介电性能的影响在不同的烧结温度(Ts)下,制备了(Ba_(0.93)La_(0.07))(Ti_(0.93)Tb_(0.07))O_3陶瓷(BLTT7)。结果表明:当Ts从1100增加到1300°C时,La离子是首先并入钙钛矿晶格,形成以La富的核晶粒为主的“核壳”结构,未发现O空位缺陷。Tb离子从壳中逐渐向La富的核晶粒扩散,Tb以Tb3+/Tb4+混合价态占据Ti位。Ts=1300°C时,BLTT7满足X8P介电指标。Ts=1400°C时,BLTT7满足X7U介电指标,说明较高的烧结温度导致“核壳”结构的崩溃。
[Abstract]:閽涢吀閽，

本文编号：1556919