功能陶瓷材料及应用铁电陶瓷篇

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1、§1.3铁电陶瓷的改性及机理1铁电陶瓷的展宽效应和移峰效应居里温区与相变弥散：宏观上――异相共存微观上――微区化学与结构不均匀性造成相变弥散的原因：热起伏相变弥散――温度正态分布――存在Kanzig微区成分起伏相变弥散――固溶体产生成分起伏――形成不同居里温度的微区，如Ba(Ti1-xZrx)O3,利用该相变弥散，可以改善铁电陶瓷的温度特性。结构起伏相变弥散――复合钙钛矿结构弛豫铁电体――有序微畴分布于无序基质中，如在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,存在Mg/Nb=1:1的有序微畴（或称极性微区），不同尺度的微区的Ps有不同的温度和频率响应，呈现弥散。完全有序的铁电体呈现小的弥散――普通铁电

2、体。铁电陶瓷的展宽效应:相变弥散型展宽效应――以结构起伏型弥散为显著固溶缓冲型展宽效应――展宽剂晶界缓冲型展宽效应――晶界区结构与成分的不均匀性导致展宽――细晶的宽化效应――细晶结构是温度稳定型铁电陶瓷的结构特点铁电陶瓷的移峰效应：如BaTiO3中，等价取代居里温度移动――移峰剂移峰剂和展宽剂是铁电陶瓷中最常用的添加剂。2铁电陶瓷的物理性能对外场的依赖性介电频谱：对频率的依赖性介电温谱：～T介电老化：对时间的依赖性偏压特性：电压对介电特性的影响介电应力谱介电频谱――变化电场中的介电响应普通电介质的频率响应通常由Debye弛豫方程方程描述：,时间常数,对偶极子取向极化,为10-10~10-

3、14s,=AeB/kT复介电常数与频率的关系由Debye方程,当=0,r'=s,r"=0,恒定电场下当→∞,r'=∞,r"=0,光频下当在0~∞时,包括在电工和无线电频率范围内,↑,r'↓,s→∞损耗因子r"的频率关系出现极大值极值频率,m=1/当=m时,r'=(s+∞)/2rmax"=(s-∞)/2tg=(s-∞)/(s+∞)介电常数在=1/附近发生剧烈变化,同时出现极化的能量损耗,称弥散现象通过测试合分析介质的介电频谱可以推断极化机制――电介质研究的常用手段铁电陶瓷的电畴在交变电场下可发生共振现其频率稳定性降低，铁电陶瓷不宜用

4、于高频合微波频段内。弛豫铁电陶瓷存在频率弥散――介电峰值温度随频率提高而升高介电温谱：普通电介质由Debey方程可以分析介电－温度依存关系复介电常数与温度的关系―――介电温谱Debey方程中,,∞,和s与温度有关光频介电常数∞=1+n0(e+i)/0T↑,密度↓,∞↓静态介电常数s＝∞+Pr/∞E=∞+n0dE,d=a'/Ts=∞+a/T弛豫时间=AeB/T参照Debey方程,r'()=∞+(s-∞)/(1+i22)r"()=(s-∞)/(1+i22)介电常数变化:T很低,1,r'∞T很高,1,r's

5、r''的变化:=1时，r''极大值铁电陶瓷的介电温谱――铁电陶瓷研究最常用的手段确定居里温度、转变温度及其变化规律研究微观极化机制确定介质的温度特性――介电常数的温度系复合电介质并联:m=(1-Vf)2+Vf1串联:m-1=(1-Vf)2-1+Vf1-1混合:m-n=(1-Vf)2-n+Vf1-nMaxwell:Maxwell:对数混合法则:温度系数:改善铁电陶瓷温度稳定性的途径：――三个层次宏观：多相复合――正负温度系数介质的复合介观：晶粒内组成结构不均匀－如X7R型BaTiO3中的core-shell结构微观：晶格层次上的不均匀，如弛豫铁电体的有序－无序，固溶宽化§

6、1.4铁电陶瓷及器件的制备工艺1陶瓷的制备工艺铁电陶瓷的制备工艺流程：粉体合成－细化－成型－烧结－被覆电极－性能测试粉体合成：固态反应法（solidstatereaction）共沉淀法(coprecipitation)溶胶－凝胶法(sol-gelprocess)2器件的制备工艺多层陶瓷技术，如多层陶瓷电容器的制备工艺§1.5铁电陶瓷的应用铁电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