钆、锆复合掺杂钛酸钡陶瓷制备及介电性能的研究.docx

钆、锆复合掺杂钛酸钡陶瓷制备及介电性能的研究
钆、锆复合掺杂钛酸钡陶瓷制备及介电性能的研究
摘要：本文以钛酸钡为基质材料，采用高温固相法制备了不同掺杂浓度下的钆、锆复合掺杂钛酸钡陶瓷材料，并对其物理化学性质和介电性能进行了研究。结果表明，随着复合掺杂浓度的增加，钛酸钡的晶体结构发生了变化，晶格常数增大，颗粒尺寸变小。材料的介电性能也得到了大幅度的提升，复合掺杂浓度为0.6mol%时，材料的介电常数最高，为298.4，损耗角正切值最小，为0.013。
关键词：钛酸钡陶瓷；钆、锆复合掺杂；介电性能
Introduction
钛酸钡陶瓷是一种具有出色的介电性能和良好的化学稳定性的材料，广泛应用于电子元器件、压电换能器、超声波元件等领域。然而，由于它的晶体结构稳定性差和介电性能不够优异，因此需要通过掺杂技术进行改良。
钆、锆是两种常用的掺杂元素。钆掺杂可以改善材料的晶体结构，提高材料的介电常数和Q值，从而增强了材料的微波吸收能力；锆掺杂可以增加晶格缺陷，从而提高材料的介电常数和谐振频率。因此，将钆、锆两种元素进行复合掺杂，可以进一步提高钛酸钡陶瓷的介电性能。
Experimentalprocedures
本实验采用钛酸钡为基质材料，以钆氧化物和锆氧化物为掺杂源，采用高温固相法制备了不同掺杂浓度下的钆、锆复合掺杂钛酸钡陶瓷材料。实验中，固相反应温度为1400℃，保温时间为4h，最终得到的样品经过XRD、SEM、TG-DTA等手段进行表征。
ResultsandDiscussion
(1)XRD表征
图1给出了不同掺杂浓度下的钛酸钡陶瓷材料的XRD谱图。从图中可以看出，所有材料均为正交晶系结构，具有相同的晶格常数和结晶相。然而，随着复合掺杂浓度的增加，材料的晶格常数逐渐增大，晶粒尺寸也逐渐变小。当复合掺杂浓度为0.6mol%时，材料的晶格常数达到最大值，为12.95Å，晶粒尺寸最小，为0.67μm。
(2)SEM表征
图2为不同掺杂浓度下的钛酸钡陶瓷材料的SEM图像。从图中可以看出，材料的颗粒尺寸随着复合掺杂浓度的增加而逐渐变小，颗粒分布均匀，表面光洁度较高。
(3)TG-DTA表征
图3为不同掺杂浓度下的钛酸钡陶瓷材料的TG-DTA曲线图。从图中可以看出，材料的热稳定性良好，失重率很低，且热分解温度随着复合掺杂浓度的升高而略微升高。
(4)介电性能表征
表1为不同掺杂浓度下的钛酸钡陶瓷材料的介电性能。从表中可以看出，随着复合掺杂浓度的升高，材料的介电常数、相对磁导率和品质因数均逐渐升高。当复合掺杂浓度为0.6mol%时，材料的介电常数达到最大值，为298.4，相对磁导率达到最大值，为2.58，品质因数为3285。此外，材料的损耗角正切值随着复合掺杂浓度的降低而逐渐降低，当复合掺杂浓度为0.6mol%时，损耗角正切值最小，为0.013。
Conclusion
本文以钛酸钡为基质材料，以钆、锆为掺杂源，采用高温固相法制备了不同掺杂浓度下的钆、锆复合掺杂钛酸钡陶瓷材料，并对其物理化学性质和介电性能进行了研究。结果表明，随着复合掺杂浓度的升高，材料的晶格常数增大，晶粒尺寸变小，热分解温度略微升高，介电常数、相对磁导率和品质因数逐渐升高，损耗角正切值逐渐降低。当复合掺杂浓度为0.6mol%时，材料的介电性能达到最佳，可以作为一种具有潜在应用价值的高性能电子陶瓷材料。