功能陶瓷材料及應(yīng)用鐵電陶瓷篇

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1、§1.3鐵電陶瓷的改性及機理1鐵電陶瓷的展寬效應(yīng)和移峰效應(yīng)居里溫區(qū)與相變彌散：宏觀上――異相共存微觀上――微區(qū)化學與結(jié)構(gòu)不均勻性造成相變彌散的原因：熱起伏相變彌散――溫度正態(tài)分布――存在Kanzig微區(qū)成分起伏相變彌散――固溶體產(chǎn)生成分起伏――形成不同居里溫度的微區(qū)，如Ba(Ti1-xZrx)O3,利用該相變彌散，可以改善鐵電陶瓷的溫度特性。結(jié)構(gòu)起伏相變彌散――復合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)弛豫鐵電體――有序微疇分布于無序基質(zhì)中，如在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,存在Mg/Nb=1:1的有序微疇（或稱極性微區(qū)），不同尺度的微區(qū)的Ps有不同的溫度和頻率響應(yīng)，呈現(xiàn)彌散。完全有序的鐵電體呈現(xiàn)小的彌散――普通鐵電

2、體。鐵電陶瓷的展寬效應(yīng):相變彌散型展寬效應(yīng)――以結(jié)構(gòu)起伏型彌散為顯著固溶緩沖型展寬效應(yīng)――展寬劑晶界緩沖型展寬效應(yīng)――晶界區(qū)結(jié)構(gòu)與成分的不均勻性導致展寬――細晶的寬化效應(yīng)――細晶結(jié)構(gòu)是溫度穩(wěn)定型鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)特點鐵電陶瓷的移峰效應(yīng)：如BaTiO3中，等價取代居里溫度移動――移峰劑移峰劑和展寬劑是鐵電陶瓷中最常用的添加劑。2鐵電陶瓷的物理性能對外場的依賴性介電頻譜：對頻率的依賴性介電溫譜：?～T介電老化：對時間的依賴性偏壓特性：電壓對介電特性的影響介電應(yīng)力譜介電頻譜――變化電場中的介電響應(yīng)普通電介質(zhì)的頻率響應(yīng)通常由Debye弛豫方程方程描述：?,時間常數(shù),對偶極子取向極化,?為10-10~10-

3、14s,?=AeB/kT復介電常數(shù)與頻率的關(guān)系由Debye方程,當?=0,?r'=?s,?r"=0,恒定電場下當?→∞,?r'=?∞,?r"=0,光頻下當?在0~∞時,包括在電工和無線電頻率范圍內(nèi),?↑,?r'↓,?s→?∞損耗因子?r"的頻率關(guān)系出現(xiàn)極大值極值頻率,?m=1/?當?=?m時,?r'=(?s+?∞)/2?rmax"=(?s-?∞)/2tg?=(?s-?∞)/(?s+?∞)介電常數(shù)在?=1/?附近發(fā)生劇烈變化,同時出現(xiàn)極化的能量損耗,稱彌散現(xiàn)象通過測試合分析介質(zhì)的介電頻譜可以推斷極化機制――電介質(zhì)研究的常用手段鐵電陶瓷的電疇在交變電場下可發(fā)生共振現(xiàn)其頻率穩(wěn)定性降低，鐵電陶瓷不宜用

4、于高頻合微波頻段內(nèi)。弛豫鐵電陶瓷存在頻率彌散――介電峰值溫度隨頻率提高而升高介電溫譜：普通電介質(zhì)由Debey方程可以分析介電－溫度依存關(guān)系復介電常數(shù)與溫度的關(guān)系―――介電溫譜Debey方程中,?,?∞,和?s與溫度有關(guān)光頻介電常數(shù)?∞=1+n0(?e+?i)/?0T↑,密度↓,?∞↓靜態(tài)介電常數(shù)?s＝?∞+Pr/?∞E=?∞+n0?dE,?d=a'/T?s=?∞+a/T弛豫時間?=AeB/T參照Debey方程,?r'(?)=?∞+(?s-?∞)/(1+i?2?2)?r"(?)=(?s-?∞)??/(1+i?2?2)介電常數(shù)變化:T很低,????1,?r'??∞T很高,????1,?r'??s?

5、r''的變化:??=1時，?r''極大值鐵電陶瓷的介電溫譜――鐵電陶瓷研究最常用的手段確定居里溫度、轉(zhuǎn)變溫度及其變化規(guī)律研究微觀極化機制確定介質(zhì)的溫度特性――介電常數(shù)的溫度系復合電介質(zhì)并聯(lián):?m=(1-Vf)?2+Vf?1串聯(lián):?m-1=(1-Vf)?2-1+Vf?1-1混合:?m-n=(1-Vf)?2-n+Vf?1-nMaxwell:Maxwell:對數(shù)混合法則:溫度系數(shù):改善鐵電陶瓷溫度穩(wěn)定性的途徑：――三個層次宏觀：多相復合――正負溫度系數(shù)介質(zhì)的復合介觀：晶粒內(nèi)組成結(jié)構(gòu)不均勻－如X7R型BaTiO3中的core-shell結(jié)構(gòu)微觀：晶格層次上的不均勻，如弛豫鐵電體的有序－無序，固溶寬化§

6、1.4鐵電陶瓷及器件的制備工藝1陶瓷的制備工藝鐵電陶瓷的制備工藝流程：粉體合成－細化－成型－燒結(jié)－被覆電極－性能測試粉體合成：固態(tài)反應(yīng)法（solidstatereaction）共沉淀法(coprecipitation)溶膠－凝膠法(sol-gelprocess)2器件的制備工藝多層陶瓷技術(shù)，如多層陶瓷電容器的制備工藝§1.5鐵電陶瓷的應(yīng)用鐵電陶瓷一般具有如下特性：）higherdielectricconstants(K=200-10000)thanordinaryinsulatingsubstances(K=5-100),makingthemusefulascapacitorandenergy

7、storagematerials.）relativelylowdielectricloss(0.1%-5%)）highspecificelectricalresistivity(>1013?-cm)）moderatedielectricbreakdownstrengths(100-120KV/cmforbulkand500-800kV/cmforthinfilms)）nonlinearelectr