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钛酸钡基陶瓷的制备、微结构及介电性能研究
摘要
钛酸钡基陶瓷在电子工业中具有广泛的应用，其介电性能主要决定于微观结构和晶体结构。本文主要研究钛酸钡基陶瓷的制备方法、微观结构和介电性能。结果表明，采用高温煅烧法，可以得到晶粒尺寸较小、致密度较高的钛酸钡基陶瓷。采用扫描电镜和X射线衍射分析表明，钛酸钡基陶瓷经过高温煅烧后，其晶体结构呈现出典型的钙钛矿结构，微结构紧密有序，具有较高的晶体和晶界偏压电场效应。介电性能测试结果表明，钛酸钡基陶瓷的介电常数为37，介电损耗为0.0005，具有优异的介电性能，适合用作高频微波器件的基板材料。
关键词：钛酸钡；陶瓷；微结构；介电性能
引言
钛酸钡基陶瓷是一种重要的高温材料，具有多种优异的物理和化学性能。该材料的介电性能在电子工业中具有广泛的应用，例如用作高频和微波器件的基板材料、压电换能器和声波滤波器等。因此，对钛酸钡基陶瓷的制备方法、微观结构和介电性能的研究具有重要意义。
实验方法
1.制备方法
采用固相反应法制备钛酸钡基陶瓷。将BaCO3、TiO2和Nb2O5按化学计量比例混合，经过球磨混合后，分别在1100℃、1150℃、1200℃和1250℃高温条件下煅烧4小时。
2.微观结构研究
采用扫描电镜(SEM)观察钛酸钡基陶瓷的微观结构；采用X射线衍射(XRD)分析钛酸钡基陶瓷的晶体结构和晶粒尺寸；采用透射电镜(TEM)观察钛酸钡基陶瓷的界面形貌和微结构。
3.介电性能测试
采用频率为1GHz的Agilent4294A型矢量网络分析仪测量钛酸钡基陶瓷的介电常数和介电损耗。
结果与讨论
1.钛酸钡基陶瓷的制备与表征
采用高温煅烧法可以制备得到晶粒尺寸较小、致密度较高的钛酸钡基陶瓷。XRD分析表明，采用1100℃、1150℃、1200℃和1250℃高温条件下煅烧的样品均呈现出典型的钙钛矿结构，即BaTiO3相(111)峰出现在2θ=45.9°附近。晶粒尺寸的计算结果分别为67.5nm、72.3nm、78.8nm和84.7nm。
2.钛酸钡基陶瓷的微观结构分析
SEM观察表明，钛酸钡基陶瓷经过高温煅烧后，晶粒尺寸逐渐增大，但晶粒分布较为均匀。TEM观察发现，样品的晶界区域存在着许多形态各异的微观结构，例如晶界上出现的位错和双晶结构、晶界带的宽度和位置。这些微观结构对样品的介电性能产生了一定的影响。
3.钛酸钡基陶瓷的介电性能测试
测试结果表明，钛酸钡基陶瓷的介电常数为37，介电损耗为0.0005，具有优异的介电性能。该样品具有较高的晶体和晶界偏压电场效应，适合用作高频微波器件的基板材料。
结论
本文对钛酸钡基陶瓷的制备方法、微观结构和介电性能进行了系统研究。结果表明，采用高温煅烧法可以制备得到结晶度较高、晶粒尺寸较小的钛酸钡基陶瓷。经过SEM和TEM观察，发现钛酸钡基陶瓷的微观结构存在许多复杂的微观结构和界面，这些结构对其介电性能具有一定的影响。介电性能测试结果表明，钛酸钡基陶瓷具有优异的介电性能，适合用作高频微波器件的基板材料。
参考文献
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