α-BZN介質(zhì)陶瓷材料低溫介電弛豫研究.pdf

1、典型的Bi基焦綠石型氧化物Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN)具有高介電常數(shù)、低頻下介電損耗小和燒結(jié)溫度低的特性，在低溫共燒陶瓷技術、多層陶瓷電容器、微波電路等領域有著廣泛的應用前景。然而微波頻率下介電損耗大，在低溫下存在明顯的低頻介電弛豫現(xiàn)象。本文采用固相法制備Bi1.5ZnNb1.5O7基陶瓷，研究A位、B位不同和相同離子替代對α-BZN陶瓷燒結(jié)溫度、相結(jié)構(gòu)、介電性能及結(jié)晶化學特性的影響，尤其是對介電弛豫現(xiàn)象的影響。對低溫下介電

2、弛豫機理及其影響因素的研究，有利于理解介質(zhì)陶瓷材料組分、結(jié)構(gòu)與性能的關系，為開發(fā)新型微波介質(zhì)材料和低溫燒結(jié)微波材料性能優(yōu)化起到重要作用。
　　A位離子替代對α-BZN的影響選用了半徑均小于Bi3+（RBi3+=0.117nm）的Er3+、Y3+、La3+、Nd3+、Sm3+和Sc3+分別對A位Bi3+進行替代。當M離子（M=La3+、Nd3+、Sm3+、Sc3+）替代量達到0.20時，BMZN陶瓷仍然保持單一立方焦綠石相，而當Er

3、3+、Y3+替代量在0.15時體系即出現(xiàn)第二相?？梢缘弥?，立方相焦綠石結(jié)構(gòu)對M離子的固溶度較大，對Er3+、Y3+的固溶度相對較小。在-190oC到130oC的測試溫度范圍內(nèi)，摻雜后的樣品在低溫較寬的溫度范圍內(nèi)均出現(xiàn)了介電弛豫現(xiàn)象。用鍵價理論及分子動力學對介電弛豫現(xiàn)象作出簡要解釋。
　　B位離子替代對α-BZN的影響選用了半徑小于Nb5+（RNb5+=0.064nm）的Ti4+及半徑大于Nb5+的Sn4+、Zr4+對B位進行替代。

4、隨著替代量增加，陶瓷晶粒尺寸基本保持不變，介電常數(shù)逐漸減小。當Ti4+、Sn4+替代量達到0.15時體系即出現(xiàn)第二相，當Zr4+超過0.20時樣品亦出現(xiàn)第二相。在-190oC到130oC的測試溫度范圍內(nèi)，Ti4+、Sn4+摻雜的樣品介電常數(shù)峰值溫度隨摻雜量向低溫方向移動，而Zr4+摻雜樣品向高溫方向移動。所有樣品介電弛豫峰值溫度隨測試頻率的增加而向高溫方向移動，在低溫較寬的溫度范圍內(nèi)存在介電弛豫現(xiàn)象，并表現(xiàn)出弛豫現(xiàn)象的不對稱性，這是由于