基于BST的铁电—铁磁复合陶瓷的介电性能研究

发布时间：2018-10-05 07:22

【摘要】：钛酸锶钡(BST)是性能优良的铁电材料,调谐率高,在微波领域内有广泛的应用前景。但是纯的钛酸锶钡有其固有的缺点,高的介电常数带来差的阻抗匹配,限制了其应用。通过添加铁磁材料,有望通过磁场调节磁导率,从而可能在微波设备上实现双调谐。本论文采用传统的固相反应法合成了Ba0.5Sr0.5TiO3/MgFe2O4、BST/MgFe2O4/MgO和Ba0.5Sr0.5TiO3/Li Fe5O8铁电-铁磁复合陶瓷,研究了其介电和磁性能。结果表明:Ba0.5Sr0.5TiO3/MgFe2O4复合陶瓷中只存在BST和MgFe2O4两相。Ba0.5Sr0.5TiO3/MgFe2O4复合陶瓷的介电常数在烧结温度较低时,随着MgFe2O4含量的增加而降低。高含量(40%)的MgFe2O4在高的烧结温度下由于渗流效应会导致高的介电常数和介电损耗。随MgFe2O4含量的增加,1300oC烧结的复合陶瓷的调谐率降低。0.5BST/0.5 MgFe2O4复合陶瓷的调谐率随烧结温度的增加而降低。复合陶瓷的介电常数在60-1675之间变化。Lichtenecker模型和修正过的Lichtenecker能够很好地拟合MgFe2O4含量和复合物介电常数之间的关系。BST/MgFe2O4的饱和磁化强度随MgFe2O4的增加而增加,在MgFe2O4含量为60%时,其饱和磁化强度为16.6emu/g。BST/MgFe2O4/MgO复合陶瓷由BST、MgFe2O4和MgO三相构成。MgO降低了BST/MgFe2O4的介电损耗同时也降低了调谐率。复合陶瓷的介电常数和饱和磁化强度随MgO含量的增加而降低,介电常数在200-560之间变化,饱和磁化强度在5.1emu/g-9emu/g之间变化。通过多重极化模型拟合可以证明,三相复合陶瓷的介电响应贡献由固有晶格的本征贡献和极化纳米区的非本征贡献构成。Ba0.5Sr0.5TiO3/Li Fe5O8复合陶瓷中只存在BST相和LiFe5O8相,BST/LiFe5O8复合陶瓷的介电常数为70-580,在10kHz下介电损耗最小为0.07,烧结温度高时介电常数大,损耗较低,界面极化表现不明显。
[Abstract]:Barium strontium titanate (barium strontium titanate) is a ferroelectric material with excellent properties and high tuning rate. However, pure barium strontium titanate has its inherent disadvantages. High dielectric constant leads to poor impedance matching, which limits its application. By adding ferromagnetic materials, it is expected that the magnetic permeability can be adjusted by magnetic field, which may achieve double tuning in microwave equipment. In this paper, Ba0.5Sr0.5TiO3/MgFe2O4,BST/MgFe2O4/MgO and Ba0.5Sr0.5TiO3/Li Fe5O8 ferroelectric-ferromagnetic composite ceramics were synthesized by traditional solid state reaction method, and their dielectric and magnetic properties were studied. The results show that there are only two phases of BST and MgFe2O4. The dielectric constant of Ba0.5Sr0.5TiO3 / MgFe2O4 composite ceramics decreases with the increase of MgFe2O4 content when the sintering temperature is low. High content (40%) of MgFe2O4 can lead to high dielectric constant and dielectric loss due to percolation effect at high sintering temperature. With the increase of MgFe2O4 content, the tuning rate of the composite ceramics sintered with 1300oC decreased. The tuning rate of 0.5 BST / 0.5 MgFe2O4 composite decreased with the increase of sintering temperature. The dielectric constant of composite ceramics varies from 60 to 1675. The Lichtenecker model and the modified Lichtenecker model can fit the relationship between MgFe2O4 content and complex dielectric constant. The saturation magnetization of BST / MgFe _ 2O _ 4 increases with the increase of MgFe2O4, and the saturation magnetization increases with the increase of MgFe2O4 content. The saturation magnetization of 16.6emu/g.BST/MgFe2O4/MgO composite ceramics is composed of BST,MgFe2O4 and MgO. The dielectric loss of BST/MgFe2O4 is reduced and the tuning rate is also decreased. The dielectric constant and saturation magnetization of composite ceramics decrease with the increase of MgO content. The dielectric constant varies from 200 to 560 and the saturation magnetization between 5.1emu/g-9emu/g. It can be proved by multi-polarization model fitting. The dielectric response contribution of three-phase composite ceramics consists of intrinsic contribution of intrinsic lattice and non-intrinsic contribution of polarized nanocrystalline region. Ba0.5Sr0.5TiO3 / Li Fe5O8 composite ceramics contain only BST phase and LiFe5O8 phase. The dielectric constant of BST / LiFe5O8 composite ceramics is 70-580, and the dielectric loss is under 10kHz. The minimum consumption is 0.07, and the dielectric constant is large at high sintering temperature. The loss is low and the interface polarization is not obvious.
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ174.1

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本文编号：2252510