Ba11xCaxTiO3铁电陶瓷的制备及结构与性能分析

Ba11xCaxTiO3铁电陶瓷的制备及结构与性能分析

优秀毕业论文

S tu d y o n P rep a ra tio n , S t ru ctu re a n d P ro p ertie s o f B a i.xC a xT i0 3

C e r a m ic s

B y

H a n L ire n

A D is s e rta tio n

P resen ted to A cad em ic D eg ree C o m m ittee

to T ianjin N o rm al U n iv

ersit y In C an d id acy for

T h e D eg ree o f M aster o f E n g in eerin g

S up erv isor:P ro f.D en g X ian gy u n

C o ll e ge o f P hy sics an d E lect ro n ic In form atio n S

cien ce T ianjin N orm al U n i v ersit y

M a rc h 2 0 1 2

优秀毕业论文

中文摘要

摘要

本研究采用溶胶 -凝胶法制备 B a ^ C axT iC b 陶瓷（x= 0 .0-0 .3 0 ), 利

用X R D 和S E M 分析不同组分陶瓷的微观结构和形貌。利用T F A nalyzer

2000 对其电滞回线、压电响应曲线、压电位移曲线、介温谱曲线、C -K 曲

线、反转电流曲线等进行测试，分析8 & (^ 力0 3 陶瓷电学性能的关系。

通过对陶瓷的电滞回线和反转电流曲线测试，分析电场大小和频率对电滞

回线的影响以及电场大小和温度对反转电流曲线的影响，分析陶瓷的极

化反转过程。

X R D 表明所有的样品都具备纯的钙钛矿结构，说明 C a 溶入到 B

aT i0 3 中形成固溶体，并且随着钙含量的增加样品逐渐由单纯的四方相转变

为四方相与正交相共存状态。通过测试不同条件下 B a i_xC axT i0 3 陶瓷的

电滞回线，比较矫顽电场和剩余极化强度的大小，发现对 B ao.9C ao.丨T i0 3

陶瓷，八随着烧结温度的升高有一个增大的趋势，忍随烧结温度并没有

一个规律的变化。随着测试温度的升高，电滞回线慢慢变的细小，矫顽

电场和剩余极化强度都在减小，到相变温度之前，A 随温度的变化比

较稳定，电滞回线变化的不太明显，但是在相变温度附近，

P r迅速降低，而在整个变化过程中由于电畴产生了热扰动而使电滞回线的面积

一直在减小。在溶胶-凝胶法制备的 B an C ax T iC ^ 陶瓷研究中，实验发现当

x= 0 .2 3时，陶瓷的铁电性能和压电性能明显的高于其他组分。这是因为x=

0 .2 3时，接近四方相陶瓷的极限固溶率，室温下，陶瓷的矫顽电场较小，剩余极化

强度较大，压电响应曲线测试表明陶瓷的最大纵向压电系数知约为 3 10 pm

/V 。通过介温谱发现，四方相与立方相变温度与纯钛酸钡的相差不大，都在12

0 °C 附近，钙掺杂的钛酸钡陶瓷表现出弥散性，并且随着钙含量的增加弥散程度

进一步加强，采用类居里 -外斯定律分析当x 从0 到0 .23 变化吋候，丫值从

1.0 1 增加到1.60 。

介绍了极化反转，并测试了 B aow C a^ o T iC b 陶瓷电场大小和频率对电滞回线的影响以及电场大小和温度对极化反转电流的影响。通过这些测试分析

了陶瓷的极化反转过程，这些结果反映了电场人小和频率对电畴反转的

影响，发生极化反转时的能量存在一个临界值，这个能量代表着其内部的

反转障碍。施加电场的增加会增加新畴成核，从而提高反转电流，电畴反

转是 _ ?个能量过程。

奂文摘要

A B S T R A C T

B arium calci u m tit anate B a】_x

C ax T i0 3 ceram i cs (x ^ O .0 -0 .3 0) w ere p rep ared b y so !—gel t e ch n iq u e in th i s p ap er. M i crost ru ct u re and featu re o f the ceram ics w ere analyzed u sing X -ray d iffracti o n (X R

D ) and scann ing electro nic m icroscop e (S

E M ).W e m easu red t he electric hy steresis loo p s, p iezo electri c resp o nse curves, p iezo el ectric d isp lacem ent cu rv es, p erm i t tiv i t y v s. tem p erature spectru m s, C -V cu rves, sw i tch in g cu rrent cu rv e an d so o n b y T

F A na ly zer 2 0 0 0 . T h e re latio n sh ip s o f th e e lectric pro perties o f the B a 卜xC axT i〇3 ceram i c w ere an aly zed . W e m easu red the hy st eresi s lo o p s and sw i tch ing cu rrent cu rves. T hro ug h th e analysis o f el ectric fiel d va l u es an d f requ ency o n h y stere si s lo o p s and el ect ri c fi eld v alu es and tem p eratu re o n an d sw i tching cu rrent cu rv es, w e stud i ed t he po lari zatio n sw itch in g p ro cess.

I t can b e seen that all th e sam p les sh o w p u re p ero v sk i t e stru ctu re by X R D ,sug gesting that C a d i ff u se into t h e B aT i0 3 l at ti ce t o form a so l i d so lu ti o n . A l so , th e sam p les evo l v ed fro m tet rago nal p hase to t he co ex is ten ce o f t et rago nal p h ase an d ortho rho m b i c ph a se. W e m easu red t he hyst eresis lo o p s o f B a卜x C ax T i〇3 ceram i cs in d if ferent co n d i tio n s，a nd co m p ared the v alu es o f co erciv e fi e ld and re m an e nt po lari zatio n .O ur stud y sho w ed that P rincreased fist and then d e creased w ith sintering tem peratu re increasin g fo r B ao 9oC ao io T i0 3 ceram i cs, b ut w e d id no t find a o b vi o u s law abo ut E c.T he h ysteresis lo o p s g radu all y ev o l v ed slen d er, and the si ze o f co erciv e fi eld and rem an ent p o lari zati o n w a s d ecreasin g as t h e m easurem ent tem p erature increasing . B efo re t h e p hase chang e tem p erat u re, t he ev o lu tio n o f P r i s stab le，and t h e evo luti o n o f the hy steresis lo op s i s not o b v io u s. B ut P r d ecreased p ro m ptl y. In th e w ho le evo l u ti o n, the areas o f the hy st eresis l o o ps w ere d ecreasing straig ht b ecau se h ig her tem perat u re p r o v i d ed a hig her t h erm al fluctu ati o n to d o m ain m o b i l i t y. In th e exp erim ent o f th e so l-g e l p rep arati o n o f the B ai.xC axT i0 3 ceram i cs, the ferro el ect ric and p iezo el ectric p rop erties w ere b e tt er than o t hers w he n x = 0 .23 ，becau s e i t i s near t he so lu b i li t y lim i t. In the ro o m tem p eratu re, P v w as h ig h E c w as l o w and th e m ax im um p iezo electri c co eff i c ient can reach 3 10 p