稀土对BaTiO陶瓷的气相化学热扩渗及其电性能研究-无机化学学报.PDF

维普资讯 第 2期 无 机 化 学 学 报 Vo1．19．No．2 2003年 2月 CHINESEJOURNALOFINORGANIC CHEMISTRY Feb．，2003 稀土对 BaTiO 陶瓷的气相化学热扩渗及其电性能研究 郝素娥 韦永德 (哈尔滨工业大学应用化学系，哈尔滨 150001) 采用气相法对钛酸钡陶瓷扩渗稀土元素，稀土扩渗使 BaTiO 陶瓷的电性能发生了显著变化 。室温 电阻率 明显下降，从 4．3×10911·m变为 4．84n ·m：随着频率增大和温度升高，交流电导逐渐增大，BaTiO陶瓷的导电性更强。稀土扩渗使 BaTiO3 陶瓷的介 电常数明显增加，尤其在低频下增加显著；介电常数随温度 的变化呈明显的PTC效应，并使 BaTiO3陶瓷的居里温度升 高为 124．9℃。经 XRD分析，扩渗的稀土元素并没有进入 BaTiO，陶瓷的晶格 中，而是存在于晶界上。经 XPS测试分析，稀土扩 渗后的BaTiO陶瓷中钡 、钛、稀土等都存在着不同程度的变价，因而导致 了BaTiO 陶瓷电阻率的降低 。TG—DTA曲线分析表 明， 稀土扩渗后的BaTi0 陶瓷有较好的高温热稳定性。 关键词 稀土 钛酸钡 气相扩渗 分类号 O614．23 3 0614．33 5 0614．41 1 O 引 言 钡陶瓷的表面和体相，而 自发地与陶瓷的组成元素 发生置换和化学反应，并 自动地达到平衡状态，从而 纯 BaTiO 陶瓷是 良好的绝缘体，但添加稀土 避免过量掺杂使钛酸钡陶瓷材料的性能不利于得到 元素后其电阻率急剧下降，呈现出半导体性质，因 改善等问题。 而引起人们 的广泛重视和深入研究 ¨ 】。钛酸钡陶 本文通过实验研究表明，经稀土扩渗的BaTiO 瓷可以通过在其化学组成中用其它离子 (如 La¨， 陶瓷的电性能发生了显著变化，介 电常数显著增加， Ce“，Sm¨，Nd¨， 等)置换 以形成固溶体的方法 电阻率明显下降，电阻率可达到4．84Q ·m。而且气 来改性。经过掺杂改性的BaTiO 陶瓷其电阻率、介 相扩渗法具有稀土元素加入均匀，方法操作简单，易 电常数及居里温度等物理性质均发生显著改善，但 于控制，重复性好等优点，是钛酸钡陶瓷进行稀土改 随着掺杂物质浓度的增加其室温电阻率又会迅速 性的一个新 的技术路线，将为钛酸钡陶瓷以及其它 增大，当杂质浓度达到某一数值时，稀土掺杂的 高效功能陶瓷材料的制备和今后在材料领域的广泛 BaTiO 陶瓷又从半导体变成了绝缘体H 】。在 已有 应用开辟新 的途径。 的研究工作中均是采用添加掺杂的技术路线，存在 着掺杂不均匀，浓度不好控制，材料的总体性能波动 1 实验部分 较大等问题，不利于材料性能的改善，直接影响到材 1．1 混合稀土对BaTiO 陶瓷的气相扩渗 料的应用。 采用溶胶凝胶法制备纯BaTiO 陶瓷，然后以渗 多年来课题组用气相法对金属、合金 以及石墨