功能陶瓷的固相反应法制备及介电性能测试
1 功能陶瓷的固相反应法制备及介电性能测试
一、 实验目的
1、了解制备功能陶瓷材料的固相反应法；
2、掌握用LCR仪测试功能陶瓷材料介电性能的方法；
3、测量特定频率及温度范围内BaTiO3陶瓷的介电性能随频率及温度的变化；
4、结合实验结果分析BaTiO3陶瓷的介电性能与频率及温度的关系。
二、 实验原理
固相反应法制备功能陶瓷：
制备功能陶瓷材料的方法有很多种，其中最成熟、应用最为广泛的则是固相反应法。这种方法以高纯度粉末(常为氧化物)为原料，经精确称量后与球磨介质(常为球状，一般用ZrO2、Al2O3、玛瑙等高硬度材料)及分散液体(通常为水或酒精)混在一起，经球磨、干燥、过筛后得到颗粒细小、混合均匀的粉末。均匀混合的粉末在高温下发生化学反应，合成所需的物相，此过程称为预烧结(又称锻烧)。之后再次进行球磨、干燥、过筛，并将得到的颗粒细小的粉末与少量有机物水溶液(如PVA、PVB等)混合在一起、研磨后过筛(此过程称为造粒)，以增加粉末在成型过程中的可塑性和流动性，并减小粉末与模具间的摩擦。将造粒后的粉末放置于金属模具中，并施加高压，即得到具有所需形状的压粉体(又称素胚)，此过程称为成型。压粉体具有一定的强度和致密度，但其中仍存在很多气孔，需通过高温下的烧结过程予以排除。由于粉末颗粒细小，具有较高的表面能，这和高温一起构成了烧结过程的动力。在烧结动力的作用下，颗粒之间发生传质的过程，同时伴随着晶粒的长大、大部分气孔的排除、体积的收缩、密度的增大及强度的提高，最终得到致密的陶瓷材料。
材料的介电性能及其测试方法：
介电性是材料对外加电场的一种反应。介电材料内的电荷在外加电场的作用下会发生位移，导致正、负电荷中心不重合，从而发生电极化、在介质表面形成束缚电荷，并在宏观上表现为电容及介电常数。介电常数是表征材料介电性能 2 的物理量，定义为电位移与外加电场之间的比值。出于方便的考虑，常用相对介电常数r (即介电常数与真空介电常数的比值，0/)来表示。有时也称相对介电常数为介电常数。
电极化的微观单元称为电偶极子，而不同的电偶极子则对应不同的极化机制，如转向极化、空间电荷极化、松驰极化、自发极化、离子极化、电子极化等。极化的过程对应电偶极子的重新排布，这需要一定时间来完成。因此，极化对外加电场在时间上有一定的滞后，即材料的介电常数应为一复数，表示为'‘‘j，而介电损耗则定义为‘‘/tan'。介电常数与介电损耗放在一起时，通常指介电常数的实部。介电损耗也可理解为电场作用在材料上时由于偶极子的重新排布受到阻碍使得一部分电能以热量的形式损失掉。同时，由于极化过程需要一定时间来完成，故介电常数和介电损耗对外加电场的频率有着明显的依赖性。又由于温度的改变影响着电偶极子的活跃程度，因此介电性能对温度也有着依赖性。
铁电体是一类特殊的介电材料，存在着可反转的自发极化，即在无外加电场的情况下也存在电极化。铁电性及自发极化的产生源于铁电体特殊的结构(要求为非中心对称的极性晶体)，如钙钛矿结构BaTiO3的铁电性源于中心Ti4+离子偏离中心位置。在宏观性能上，铁电体的极化随着外加电场强度的改变出现回线形状的曲线，称为电滞回线，同时其介电常数随温度的变化出现极大值，对应居里温度和居里峰。
根据测试频率范围及原理的不同，材料介电性能的测试方法可分为很多种。一般情况下，人们比较关注材料在1MHz以下的介电性能。在此频率范围，试样通常做成片状，并在两端镀上金属电极。这样，试样即可看作一平板电容，通过测试试样的电容即可计算得到其介电性能。而1MHz以下电容的测试则可用阻阬分析法或电桥法。前者在试样两端施加一交流电压，通过测量通过试样的电流得到试样的复阻抗，并由此求出电容和介电损耗。而电桥法则是将试样置于由两个臂组成的电桥的一个臂上，通过调节电桥上的电容、电感及电阻使电桥达到平衡，此时两个臂上的阻抗相同，通过已知的其它电容、电感及电阻的值即可计算得到试样的电容和介电损耗。阻抗分析法和电桥法均有成套的仪器可供直接使用，分别为阻抗分析仪和LCR仪(L、C、R分别为英文电感、电容、电阻的首字母)。 3 本实验中使用的测试方法为电桥法，对应的仪器为Agilent 4284A 高精度LCR仪。LCR仪可直接读出试样的电容和介电损耗，并可由公式dSCr0计算出材料的相对介电常数。其中，C为试样电容，r为相对介电常数，0为真空介电常数，S为电极面积，d为试样厚度。
四、实验步骤
BaTiO3陶瓷的制备：
1、称料：原料为BaCO3(99.93%)、TiO2(99.5%)粉末，欲制备得到60g BaTiO3
2、球磨：原料 + 去离子水 + ZrO2球，24小时
3、烘干、过筛：60oC烘箱、120目尼龙筛
4、预烧结：室温 5oC/min
1100oC
3小时 1100oC 随炉冷却
5、再次球磨、烘干、过筛
6、造粒：BaTiO3粉末 + 6wt% PVA溶液、过40目尼龙筛
7、烧结垫料：室温 5oC/min 1400oC 3小时 1100oC 随炉冷却
8、成型：100Mpa压强、2~3分钟 直径12mm的压粉体
9、烧结：室温 5oC/min 1350oC 3小时 1350oC -2oC/min 1100oC
随炉冷却
10、镀银电极、烧银：550oC、20min
BaTiO3陶瓷介电性能的测试：
1、对LCR仪进行开路、短路校准，提高仪器的测试精度；
2、将BaTiO3陶瓷试样安装在频谱测试夹具上，在LCR仪上读出试样在室温下、1kHz~1MHz的频率范围内的电容及介电损耗；
3、将BaTiO3陶瓷试样安装在温谱测试夹具上，并放置于可控温的实验箱式炉内。设置箱式炉的控温程序，以2oC/min的速度由室温升至200oC。从30oC开始，每隔2oC记录一次试样在100kHz下的电容及介电损耗。
4 五、实验结果处理
对测量结果进行处理，可以得到：
1、室温下介电常数与损耗随频率的变化；
2、100kHz下介电常数与损耗随温度的变化；
3、写出实验报告，并对实验结果做简单分析。
六、实验注意事项
仔细阅读实验指导讲义的内容，在指导老师的监督下严格按要求进行实验。
思考题：
1、制备功能陶瓷材料的固相反应法中每个步骤的目的是什么？
2、BaTiO3陶瓷的介电性能随频率和温度的变化该如何解释？
3、在介电性能的频谱及温谱测试过程中，实验误差的主要来源有哪些？
功能陶瓷材料
功能陶瓷材料
Z09016123 柴亚春
功能陶瓷材料是指对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使
上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。 功能陶瓷是一类颇具灵性的材料， 它们或能 感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分．它们在 电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！ 而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构， 又称电子陶瓷。
功能陶瓷分为电介质陶瓷，敏感陶瓷，导电陶瓷，、超导陶瓷，、磁性陶瓷。
1 电介质陶瓷
电介质陶瓷：从电性能的角度分类，可将固体材料分为超导体、导体、半导体和绝缘体 ，绝缘体 （材料）亦称电介质。电介质陶瓷即是指电阻 率大于10＾8Ωm的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。
1.1电介质陶瓷的一般特性
1）电绝缘与极化 电介质陶瓷中的分子正负电荷彼此强烈地束缚，在弱 电场的作用下，虽然正电荷沿电场方向移动，负电荷逆 电场方向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成电 流，因而具有较高的体积电阻率，具有绝缘性。由于电 荷的移动，造成了正负电荷中心不重合，在电介质陶瓷 内部形成偶极距，产生了极化。
2）极化与介电损耗 电介质陶瓷的另一特性是介电损耗。任何电介质在电 场作用下，总会或多或少的把部分电能转变成热能使介 质发热，在单位时间内因发热而消耗的能量称为损耗功 率或简称介电损耗。
1.2电介质陶瓷的性能及分类
电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，评价其特性主要指标有体积电阻率、介电常数和介电损耗等参数。根据这些参数的不同，可把电介质陶瓷分为电绝缘陶瓷（即装置陶瓷）和电容器陶瓷。按性质分别称为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。
1）电绝缘陶瓷 电绝缘陶瓷又称为装置陶瓷，是在电子设备中作为安装、 固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电子原件 及器件的陶瓷材料。具有以下性质；a 高的体积电阻率， b 介电常数小 ，c 高频电场下的介电损耗要小， d 机 械强度高 ，e 良好的化学稳定性
功能陶瓷材料的制备与研究进展
功能陶瓷材料的制备与研究进展
摘要：该文重点介绍了三种功能陶瓷的发展和制备情况，并针对我国功能陶瓷的研究存在的问题提出应对方法，以期为我国未来功能陶瓷的研究提供参考。
关键词：功能陶瓷 制备 研究
功能陶瓷自20世纪30年代发展以来，经历了电介质陶瓷到高温超导陶瓷的发展历程，目前功能陶瓷在计算机技术、微电子技术、光电子技术等领域应用广泛，成为推动我国科技发展的重要功能性材料。
1 功能陶瓷情况介绍
1.1 微波介质陶瓷
微波介质陶瓷主要应用于现代通讯设备中，尤其在介质天线、滤波器、谐振器等设备中发挥着至关重要的作用。在现代通讯技术影响下，我国十分重视微波介质陶瓷的研究和发展。微波介质陶瓷研究对其基本要求如下。
为了实现微波元器件小型化发展要求，在使用的微波波段中微波介质陶瓷介电常数ε应尽可能的大；为了保证较好的通讯质量和良好的滤波性质，微波介质陶瓷的品质因数Q应尽可能的小；应保证谐振频率的温度系数可调节或者最大限度的小。除此之外，还应充分分析微波介质陶瓷的绝缘电阻、传热系数等参数。
目前对微波介质陶瓷的研究、开发主要集中在以下方面。
首先，高品质因数和低介电常数的微波介质陶瓷，这类材料主要以BaO-ZnO-Nb2O5、BaO-ZnO-Ta2O5、BaO-MgO-Ta2O5或者它们之间的复合材料为代表。当满足f≥10?GHz，Q=(1-3)×104，ε=25-30，谐振温度系数几乎为零时，可广泛应用于毫米、厘米波段的卫星直播通信系统中。
其次，中等的Q和ε微波介质陶瓷，其组成材料主要有Ba2TiO20、(Zr，Sn)TiO4以及BaTi4O9等。当满足f≤3-4?GHz，Q=(6-9)×104，ε≈40，谐振温度系数小于等于5×10-6/℃，可作为微波军用雷达通信系统的重要器件。
最后，低Q和高ε微波介质陶瓷，以BaO、TiO2、Ln2O3为主要组成材料，该类陶瓷在目前微波介质陶瓷研究中受到人们的广泛关注。目前微波介质陶瓷主要通过传统的固相反应方法制备。
Ni掺杂对BaTiO3陶瓷物相及介电性能的影响
第３３卷第２期 ２０１２年６月 《陶瓷学报》 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＥＲＡＭＩＣＳ ＶＯ１．３３．ＮＯ．２ Ｊｕｎ．２０１２
文章编号：１０００—２２７８（２０１２）０２—０１４４—０５
Ｎｉ掺杂对ＢａＴｉＯ３陶瓷物相及介电性能的影响
万懿 周立新 刘桂华
（１＿南昌大学材料科学与工程学院，江西南昌３３００３１；２．南昌湾里二中，江西南昌）
摘要 采用周相反应法制备了ＢａＴｉ（ Ｏ。（ｘ＝（）、０．０１、０．０５、０．０８、０．１、Ｏ．２）陶瓷，研究了不同Ｎｉ掺杂量对ＢａＴｉ《 Ｎｉ Ｏ。陶瓷的相结构
和介电性能的影响。采用ｘ射线衍射技术（ＸＲＤ）分析了ＢａＴｉ Ｏ。陶瓷的相结构；采用阻抗分析仪测试ＢａＴｉ０ ）Ｎｉ （）３陶瓷介电
性能。ＸＲＤ分析结果表明：随着Ｎｉ的掺杂量的增加，ＢａＴｉ 、Ｎｉｘ０ 陶瓷的晶相由四方相逐渐转变为六方相，当Ｎｉ的掺杂量为ｘ＝０．１
时，ＢａＴｉ ｉ Ｏ。完全变为六方相。随着Ｎｉ含量的增大，所有六方相的ＢａＴｉ（ Ｏ 的晶格常数都变大，且相对介电常数８ 整体
降低而介电损耗ｔａｎ ６呈现先减小后增大的趋势。
关键词ＢａＴｉ０３；固相反应；掺杂；相结构；介电性能
中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ
０引言
多铁性材料是指同时具有铁电和铁磁性能的材
料，由于具有较广泛的应用前景，在最近几年受到材料
学界的高度关注［１≈１，而在自然界中多铁电材料非常罕
见，尤其在室温条件下㈣。钛酸钡（ＢａＴｉＯ．Ｏ是一种典型
的钙钛矿结构 的铁电材料，因具有较高的介电性
能而大量地用于各种电容器的制备并在许多电子器
件上得到广泛的应用，材料学界对ＢａＴｉＯ。陶瓷材料
开展了较多的研究。ＢａＴｉＯ３的Ａ位和Ｂ均可较易地
实现掺杂，因此ＢａＴｉＯ 的介电性能可通过掺入不同
的元素得到有效的改善ｎ卜川。一般半径较大的金属离
子（Ｍ叶）进入Ａ（Ｂａ）位，半径小的Ｍ 进入Ｂ（Ｔｉ）位。通
Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-BaTiO_3-KNbO_3陶瓷的介电特性及相变行为研究
第２４卷第３期，２０１ １年７月 Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．３，Ｊｕｌｙ ２０１１ 宁波大学学报（理工版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＩＮＧＢＯ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＳＥＥ） 首届中国高校优秀科技期刊奖 浙江省优秀科技期刊一等奖 Ｂｉ０＿５Ｎａ０．５ＴｉＯ３一ＢａＴｉＯ３．ＫＮｂＯ３陶瓷的介电特性及相变行为研究 倪海民 ，罗来慧 ，诸跃进１ ７张约品 （１．宁波大学理学院，浙江宁波３１５２１１；２．宁波大学光电子功能材料研究所，浙江宁波３１５２１１） 摘要：采用固相反应法制备了（１－ｘ）Ｂｉｏ ４７Ｎａ０．４７Ｂａ０．０６ＴｉＯ３－ｘＫＮｂＯ３（ＢＮＢ ＫＮ，ｘ＝０－０．０８）陶瓷，借 助铁电分析仪、阻抗分析仪、扫描电镜（ＳＥＭ）等仪器研究了ＫＮｂＯ３（ＫＮ）引入后，对陶瓷的微观结 构、相变行为和介电性的影响．ＢＮＢＴ－ｘＫＮ的扫描电镜（ＳＥＭ）图显示：适量的ＫＮ对ＢＮＢＴ陶瓷 具有细化晶粒、增大致密度作用．介电温谱（３０～５００℃）显示ＢＮＢＴ、ＢＮＢＴ＿０．０１ＫＮ、ＢＮＢＴ－０．０２ＫＮ 陶瓷有３个介电异常峰，而ＢＮＢＴ－０．０４ＫＮ和ＢＮＢＴ－０．０８ＫＮ陶瓷中有２个介电异常峰，并对陶瓷 中出现的介电异常进行了讨论．通过介电温谱数据拟合，讨论了ＢＮＢＴ－ｘＫＮ陶瓷的介电弛豫特 性，并解释了ＢＮＢＴ－ｘＫＮ陶瓷退极化的原因以及出现双电滞回线的机理． 关键词：铁电体：压电陶瓷：无铅：弛豫；弥散相变 中图分类号：ＴＱ １５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—５１３２（２０１１）０３．００９５．０５ 压电陶瓷是一种可实现电能和机械能相互转 化的功能陶瓷，在机械、电子、能源等方面具有很 广泛的运用．长期以来，对压电陶瓷的研究和应用 主要集中在Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系列陶瓷（ＰＺＴ）．ＰＺＴ陶瓷 拥有优异的电学性能，但由于陶瓷制备过程中ＰｂＯ 的挥发，造成严重的环境污染．出于环境保护和人 类社会可持续发展的需求，新型环境友好的铁电 压电陶瓷已成为世界各国致力研发的热点材料之 一［１－２］．在环境友好型铁电压电陶瓷中，钛酸铋钠 （（Ｂｉ０＿５Ｎａｏ ５）ＴｉＯ３，ＢＮＴ）基陶瓷是一种很有希望的无 铅压电材料【３西］：ＮＢＴ的居里温度为３２０℃，室温下 为三方结构，具有相当大的剩余极化强度Ｐｒ＝３８ ｇＣ ｃｍ～，较高的矫顽电场Ｅｃ＝７３ ｋＶ‘ｃｍ～，通过固 溶ＢａＴｉＯ３、（Ｂｉ０ｌ５Ｋｏ．５）ＴｉＯ３、ＫＮｂＯ３等铁电材料可 以提高其压电性 Ｊ，如由ＢＮＴ和ＢＴ组成的二元 体系可能具有较低矫顽电场，陶瓷极化较容易，有 利于提高陶瓷的压电性能 Ｊ． 钛酸铋钠随温度变化具有复杂的相变行为，在 ２２０，３２０和５４０ ｏＣ温度处发生相变，２２０ ｏＣ处ＢＮＴ 陶瓷退极化，失去压电性，但是对其退极化的原因 争论较多．由于在退极化温度附近测量到了材料 的双电滞回 加】，所以认为导致退极化的原因是 由于在退极化温度处发生了铁电相到反铁电相的 相转变，然而在相转变温度以上通过高分辨的ｘ射 线衍射、中子衍射等实验手段并没有观测到反铁电 相的存在＿ｌ Ｊ，而退极化温度决定了ＢＮＴ基陶瓷 的温度稳定性，因此有必要对ＢＮＴ基陶瓷的退极 化原因进行深入的研究．ＢＮＢＴ陶瓷是一种在准同 型相界的无铅压电陶瓷，具有较大的压电性能， ＫＮ也是种良好的铁电材料，在ＢＮＢＴ中加入ＫＮ， 形成（１－ｘ）Ｂｉｏ．４７Ｎａｏ．４７Ｂａｏ ｏ６ＴｉＯ３－ｘＫＮｂＯ３（ＢＮＢＴ－ｘＫＮ） 陶瓷，有利于提高陶瓷的压电性．笔者采用固相烧 结方法制备出了ＢＮＢＴ－ｘＫＮ ｆ：０～０．０８）陶瓷，通过 测量陶瓷在不同频率下的介电温谱，结合不同温 度下电滞回线分析，对ＢＮＢＴ－ｘＫＮ陶瓷的相变和 介电行为进行了研究． １ 实验步骤 采用传统陶瓷制备工艺制备出了无铅压电陶 瓷，图１为制备陶瓷的流程图．以Ｂｉ２Ｏ３（９９．９％）、 收稿日期：２０１０－１２－０８ 宁波大学学报（理工版）网址：ｈｔｔｐ：／／３ｘｂ．ｎｂｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 基金项目：浙江省科技厅科研项目（２００８Ｃ２１０６９）． 第一作者：倪海民（１９８３一），男，浙江德清人，在读硕士研究生，主要研究方向：无铅压电陶瓷．Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｉｍｉｎｇｎｉ＠１６３．ｃｏｒｎ ＋通讯作者：罗来慧（１９８１一），男，江西吉水人，副教授，主要研究方向：铁电压电．Ｅ．ｍａｉｌ：ｌｌｈｓｉｃ＠１２６．ｃｏｒｎ
Bi0.04Sr0.94TiO3铁电陶瓷的合成与变温介电谱研究
２０１０年６月 第２期 伊犁师范学院 学报（臼然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹｉｌｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｎ．２０１０ ＮＯ．２
Ｂｉｏ．ｏ４８ｒｏ．９４ＴｉＯ３铁电陶瓷的合成与变温介电谱研究
李 泽 ，尹红梅 ，苏 欣 ，周树银 ，马学静 ，卫 来 ，周兰兰 ，
张 文 ，鹿桂花 ，周恒为１，２ 张晋鲁 ，黄以能 ’
（１．伊犁师范学院新疆凝聚态相变与微结构实验室，新疆伊宁８３５０００；
２．南京大学物理系国家固体微结构重点实验室．江苏南京２１００９３）
摘要：采用固相反应一次烧结成型的方法制备了Ｂ Ｓｒ ＴｉＯ 弛豫铁电陶瓷，着重研究了
烧结条件对陶瓷的外形和介电性能的影响．结果表明，适当的压力和粉末湿度能促进样品压制成
型，较慢的升降温速率有利于样品受热均匀，优化陶瓷的外形，改善微观结构．变温低频介电谱
测量分析表明，所合成的Ｂｉｏ。 Ｓｒｏ。 ＴｉＯ，陶瓷样品的主相的确是弛豫铁电相。而且性能稳定．
关键词：铁电陶瓷；固相反应；介电谱；弛豫现象
中图分类号：ＴＭ２２ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：】６７３－－９９９Ｘ（２０１０）０２—００２４—０４
１ 引言
弛豫型铁屯体（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ＲＦ）
是指顺电一铁电转变属于弥散相变的 一类铁电材 料“ ，它同时具有铁电现象和弛豫现象的主要特
点“’ ．与典型铁电体相比，弛豫型铁电体的一个典
型特征是复介电常数（ ‘（ ）： ’（ｃｏ）一 ”（ｃｏ），∞为
角频率）的实部 Ｉ（ ）随温度变化呈现相对宽且变
化平缓的峰，其最大 ’（ ）值对应的温度 ．，随（ｏ的增
加而向高温移动 ．该特征与结构玻璃（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｇｌａｓｓ）化转变、自旋玻璃（ｓｐｉｎ ｇｌａｓｓ）化转变的特
征极为相似 ．所以，弛豫 铁电体义被称为极性
玻璃（ｐｏｌａｒ ｇｌａｓｓ），相麻的弛豫铁电相变又被称为
Ti-B位置换改性Mg2SiO4陶瓷微结构与微波介电性能研究
第４１卷第５期 ８ ２００８年ｌＯ月 江苏陶瓷 Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｖｏ１．４１．Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００８
Ｔｉ－Ｂ位置换改性Ｍｇ２ＳｉＯ４陶瓷
微结构与微波介电性能研究
娄本浊
（陕西理工学院电工电子实验中心，汉中７２３００３）
摘 要 Ｔｉ—Ｂ位置换改性ＭｇａＳｉＯ 陶瓷微结构和微波介电性能的研究中发现，在合
成Ｍｇ２ＳｉＯ 陶瓷过程中，Ｍｇ２ＳｉＯ 总是作为第二相出现，Ｔｉ的弓ｌ入能够有效地抑制
ＭｇａＳｉＯ 的出现。但Ｔｉ不是进入Ｓｉ一０四面体取代置换Ｓｉ形成Ｍｇ２（Ｓｉ１＿ＩＴｉＩ）Ｏ 固溶体，
而是Ｍｇ与反应形成Ｍｇ２ＴｉＯ 、Ｍｇ２Ｔｉ２ｏ 等第二相。Ｍｇ２（Ｓｉ。＿￣ＴｉＪＯ 陶瓷随着值ｘ增加， 介电常数占 从６．８增加到８．１， 值也获得显著改善，但谐振频率温度系数不会因Ｔｉ
引入而得到优化。在ｘ＝０．１时，Ｍｇ２（Ｓｉ ９Ｔｉ０．１）Ｏ 陶瓷获得优良的微波介电性能： ＝７．４，
Ｑｆ＝７３ ７６０ ＧＨｚ，ｒＩ＝－６０・ＩＯ￣／￣Ｃ。 关键词 电解质陶瓷；微波介电性能；介质谐振器；Ｍｇ２ＳｉＯ 陶瓷
０引言
随着微波通讯频率从微波扩展到毫米波，作为
通信系统中重要组成部件的介质谐振器和滤波器材 料的研究获得了广泛的关注【 。这些器件的材料要
求具有低的介电常数、高的品质因数和近零的谐振
频率温度系数；特别是在亚毫米波和毫米波的应用
中．低的介电常数可以减少器件和导体之间的断面 祸合，提高信号传播速率 。镁橄榄石（ＭｇｅＳｉ０４）具有 低的介电常数、高的Ｑ厂值，相比Ａ１ ０，陶瓷具有低
的烧结温度，是比较适合作为低介电常数介质谐振 器的一种微波介质材料，同时Ｍｇ２ｓｉＯ 也常作为电
子电路中的基板材料。
但是Ｍｇ２ＳｉＯ 陶瓷作为介质谐振器材料往往具
有以下缺陷。首先，它具有大的负谐振频率温度系
数；其次，烧结过程中容易出现Ｍ ｉＯ，第二相，这个
第二相具有高的介电损耗ｔａｎ １０－ｓ）、介电常数 ， （６ ７１和谐振频率温度系数下，（一６５ｘ１０￣／￣Ｃ），它的出现
钛酸钡功能陶瓷制备及应用
纳米钛酸钡制备工艺的研究进展
摘要：综述了目前国内外制备纳米陶瓷材料BaTiO 粉体的主要方法，包括固相烧结法、化学沉淀法和水热合成法等多种工艺，分析了各种合成方法制备工艺的特点与不足，并提出了其发展方向。
关键词：纳米钛酸钡；电子陶瓷；制备工艺；研究进展
Abstract：Barium titanate(BaTiO3)is an important functional dielectric materials．A
number of recent advancementpreparation technology of BaTiO3 were reviewed in this
paper．The most important method such as the sol—gel，hydrothermal and chemical
precipitation are introduced．The merit and drawback of these techniques were
discussed．The developments of the preparation technology of nm-sized barium titanate
is presented．
Key words：nano-barium titanate；electronic ceramic；preparation technology ；advance
1 前言
钛酸钡是电子陶瓷材料的基础原料，被称为电子陶瓷业的支柱。它具有高介电常数、低介电损耗、优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，被广泛的应用于制造陶瓷敏感元件，尤其是正温度系数热敏电阻( ptc)、多层陶瓷电容器(MLccs)、热电元件、压电陶瓷、声纳、红外辐射探测元件、晶体陶瓷电容器、电光显示板、记忆材料、聚合物基复合材料以及涂层等。钛酸钡具有钙钛矿晶体结构，用于制造电子陶瓷材料的粉体粒径一般要求在100nm以内。因此BaTiO3粉体粒度、形貌的研究一直是国内外关注的焦点之一。钛酸钡粉体制备方法有很多，如固相法、化学沉淀法、溶胶一凝胶法、水热法、超声波合成法等。最近几年制备技术得到了快速发展，本文综述了国内外具有代表性的钛酸钡粉体的合成方法，并在此基础上提出了研究展望。
Nd2O3掺杂对BCZT陶瓷结构及介电性能的影响
硅 酸 盐 学 报
・ 292 ・ 2013年
DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.03.03
Nd2O3掺杂对BCZT陶瓷结构及介电性能的影响
徐 琴，丁士华，宋天秀，彭 勇，吴小亮
(西华大学材料科学与工程学院，成都 610039)
摘 要：采用固相反应法制备Ba0.92–xCa0.08Ndx(Zr0.18Ti0.815Y0.0025Mn0.0025)O3 (BCZT-Nd，x = 0、0.005、0.010、0.020)陶瓷，研究了Nd2O3掺杂对
Ba0.92Ca0.08(Zr0.18Ti0.82)O3(BCZT)陶瓷结构及介电性能的影响。结果表明，不同含量Nd3+作为施主掺杂离子进入A位和含量均为0.25 %(摩尔分数)的
Mn2+和Y3+作为受主掺杂进入B位均能提高BCZT陶瓷的致密性，细化晶粒作用明显，所有样品均为单一的四方BaTiO3相结构。随Nd2O3掺杂量增
加，BCZT-Nd陶瓷介电峰值温度Tm向低温方向移动，相变弥散程度增强，Nd3+含量≥0.005 mol时即表现出明显的弛豫铁电体特征。
关键词：氧化钕；掺杂；介电性能；弛豫铁电体
中图分类号：O482；O614 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)03–0292–06
网络出版时间： 网络出版地址：
Effect of Nd2O3 Doping on Microstructure and Dielectric Properties of BCZT Ceramics
XU Qin，DING Shihua，SONG Tianxiu，PENG Yong，WU Xiaoliang
(College of Materials Science & Engineering, Xihua University, Chengdu 610039, China)
Abstract: Ba0.92–xCa0.08Ndx(Zr0.18Ti0.815Y0.0025Mn0.0025)O3 (BCZT-Nd, x = 0, 0.005, 0.010, 0.020) ceramics were prepared via a solid
Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的固相法合成
Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的固相法合成
【摘要】TiO2、Bi2O3、Na2CO3·10H2O为组分，采用二步固相烧结法制备Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷。借助XRD分析烧结温度对合成产物的影响。结果表明，经750℃预烧2h后，Na0.5Bi0.5TiO3粉体的合成纯度较高。1050℃二次烧结后，主晶相为Na0.5Bi0.5TiO3，还存在较多的NaBiTi6O14杂质相，说明合成温度略低。
【关键词】Na0.5Bi0.5TiO3；固相法
钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5TiO3，NBT）是一种钙钛矿（ABO3）型的A位离子复合取代的铁电体，于1960年由Smolenskii等[1]首次合成。NBT的Curie温度为320℃，室温为三方结构（a=0.3891nm，α=89°36′），具有相当大的剩余极化强度（Pr=38μC/cm2），和较高的矫顽电场（Ec=7.3kV/mm），具有较强的铁电性。同时，NBT具有较高的居里温度、压电系数大、介电常数小、声学性能好、烧结温度低等特点，而且还具有弛豫性铁电体的特性，被认为是最有希望取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷[2,3]。
目前，许多方法都用于NBT的制备，如固相法、溶胶-凝胶法[4]、水热法[5]和模板生长法[6]等。固相法因工艺简单、成本低，常常用于陶瓷的生产。本文采用二步固相烧结法制备NBT陶瓷，研究烧结温度对合成产物相组成的影响，以期为后期实验提供指导。
1、实验方法及过程
1.1工艺过程
按照计量比计算配方，分别称取TiO2（纯度≥98.0%，国药集团化学试剂有限公司）、Bi2O3（纯度≥99.0%，国药集团化学试剂有限公司）和Na2CO3·10H2O（纯度≥99.0%，国药集团化学试剂有限公司），将3种粉体装入不锈钢球磨罐内，以无水乙醇为介质进行球磨混合。选无水乙醇为介质，是因为Na2CO3易溶于水，而在无水乙醇内溶解度较小，若以水作为介质，在烘干过程Na2CO3容易偏析，导致混粉不均匀。所用的球磨机为行星式球磨机，球磨时间为8h，磨好后将混合粉放入烘箱于80℃烘干，然后在750℃进行预烧处理。预烧的目的：排除Na2CO3·10H2O含有的结合水、CO2以及其它挥发性杂质；通过氧化物之间的反应合成主晶相；通过预烧合成过程，组分充分分解合成，在烧结时会减少体积收缩。预烧完后，接着进行二次球磨，球磨时间为2h。磨好后以聚乙烯醇（PVA）为粘结剂，将其压制成圆片，然后进行高温烧结工艺，升温速率为10℃/min。由于在成型过程加入了PVA，所以烧结时必须加以排除，否则将影响陶瓷片的致密性和压电性能。本实验设计在500℃/保温5h排胶。然后升至设定温度，保温2h。烧结完毕后随炉自然冷却。
Sm掺杂对Ba_4La_(19.33)Ti_(18)O_(54)陶瓷结构和介电性能的影响分析
Ｓｍ掺杂对Ｂａ４ Ｌａｌ９
．３３ Ｔｉ１８ Ｏ５４
陶瓷结构和介电性能的影响分析
娄本浊
（陕西理工学院物理系，汉中７２００３）
摘要：主要研究了不同Ｓｍ掺杂浓度对Ｂａ Ｌａ ．ｒｉ ０ 陶瓷的微波介电性能和微观结构的影响。 首先利用常规固相反应技术制备了Ｓｍ含量Ｙ分别为０．０，０．１，０．３，０．５和０．７的五种Ｂａ （Ｌａ 一 Ｓｍ ）。 Ｔｉ Ｏ 陶瓷样品；室温下在０．３～３．０ＧＨｚ频率范围内，利用网格分析仪测量了这些样品的介电常数和介 电损耗因子；结果表明随着Ｓｍ掺杂含量的增大，样品介电损耗明显减小，而介电常数只有微小减少。当 Ｓｍ掺杂含量Ｙ＝０．５时，样品的介电性能最好。此外，还利用ｘ射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了样 品的微观结构及随微波介电性能的变化。 关键词：微波介电陶瓷；介电性能；微观结构；掺杂陶瓷
随着移动通信的快速发展，对制作谐振器、
带通滤波器以及双工器等器件且具有高介电常
数、低介电损耗和高品质因子的高质量微波介电
陶瓷的需求越来越迫切；因此基于Ｂａ～Ｒ Ｏ 一
ＴｉＯ （Ｒ代表稀土元素，如Ｓｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｌａ等）三元
系统的陶瓷引起广泛关注¨ ｊ。有关研究 ｊ表
明，在该陶瓷体系中Ｂａ Ｒ Ｔｉ Ｏ 陶瓷介电
常数相对较高；这是因为Ｂａ Ｒ Ｔｉ 。Ｏ 固溶
体具有正交对称钨青铜型结构，即［Ｒ
Ｂａ２ ］Ａ１［Ｂａ ］Ａ２［Ｖ４］ｃ Ｔｉ ８ Ｏ５ ，其中Ｖ表示空
位，Ａ１位表示菱形结构，Ａ２位表示五边形结构、
Ｃ位表示三角形结构。三种具有不同直径的阳离
子占据着不同位，中问尺寸的Ｒ离子主要占据
Ａ１位，最大的Ｂａ离子占据Ａ２位和Ａ１位，最小
的Ｔｉ离子只占据Ｂ位。当Ｘ＝２／３时，Ｒ离子和
Ｂａ离子分别占据Ａｌ位和Ａ２位，从而使陶瓷具
有了最低介电损耗 ；当Ｒ为Ｌａ且Ｘ＝２／３时，
所获得Ｂａ Ｌａ ，，Ｔｉ Ｏ 陶瓷具有最高的介电常
数，但同时其介电损耗也最大 。