2.1 介质陶瓷教学讲义.ppt

不同要求铁电瓷料的配方考虑的原则 先移后展，有所侧重；单独考虑，综合调整。 先单独考虑移动效应，将ε峰值移到工作区内，然后考虑展宽效应，使ε随温度的变化率减小，对要求ε高的瓷料，则侧重于移动效应，并尽可能的使工作温区内出现重叠效应，对于ε值不高的瓷料，则侧重于考虑展宽效应。 另外，我们还可通过“多峰效应”来得到ε温度变化率相当平缓的铁电瓷。即：引入不同质或量的移动剂，事先合成多种居里峰不同的瓷块，然后将多种烧块按一定比例混合成型，并烧结成瓷。 所谓的移动剂或展宽剂都是通过在BaTiO3中取代A位或B位来完成的，它们的作用机理有所不同，前者移动效应－B离子的协同定向问题或铁电性统一体现的问题。而展宽效应则是―铁电性的局部消失或削弱的问题。这两种效应由于作用机构，作用位置，作用力有所不同，互相之间不会有明显干扰或抑制。 总结 1 何为电畴？电畴是如何形成的，180°畴和90°畴有何异同？ 2 BaTiO3陶瓷为什么最适合做低频电容器介质？ 1 何为电畴？电畴是如何形成的，180°畴和90°畴有何异同？ 答：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。 电畴的形成过程：新畴成核、畴的纵向长大、畴的横向扩张和畴的合并四个阶段。 180°畴自发极化方向相反，反平行，在晶体中不产生应力；180°畴前移速度比侧向移动速度快几个数量级。畴壁薄。 90°畴的自发极化方向相互正交，有应力产生。新畴的发展主要依靠外电场推动90°畴壁的侧向运动。畴壁较厚。 2 BaTiO3陶瓷为什么最适合做低频电容器介质？ 答：频率特性：f↑，ε↓，tgδ↑。 由于新畴的成核与生长是需要一定时间的，所以ε与f有关。 损耗产生的原因是：①电畴运动：畴壁运动时克服杂质、气孔、晶界的摩擦阻力；②自发极化反转时，伴随着几何形变的换向，必须克服晶胞间与晶粒间应力作用的反复过程。都要消耗电场能，并以热的形式向空间散逸。反转愈剧烈，次数愈频繁，则tgδ越大。 C．移动机理 (1) 单一化合物铁电体的居里点 纯BaTiO3，PbTiO3，SrTiO3都是铁电体，它们的居里点分别是120℃，490℃，－250℃， 它们为什么具有铁电性？ 它们为什么具有不同的居里温度？ 三种化合物都属于钙钛矿结构。由A与O离子共同作立方密堆积，B离子处于O八面体中心，所有[BO6]八面体共顶点联结，当温度低于Tc时，B离子偏离八面体中心而产生离子位移极化，从而使B－O线上的O2－离子产生电子位移极化，互相耦合，使内电场Ei↑→[BO6]八面体沿B－O线方向伸长，另外两方向收缩，带动相邻[BO6]八面体在相同方向极化→电畴。 为什么具有铁电性？ 因此，Tc是自发极化稳定程度的量度。Tc反映了B4＋偏离氧八面体中心后的稳定程度高低，B－O间互作用能较大，需要较大的热运动能才能使B离子恢复到对称平衡位置，从而摧毁晶体的铁电性（铁电相→顺电相），因此Tc高。反之亦然。 为什么具有不同的Tc？ 影响B离子与它所靠近的氧离子之间相互作用能E（B－O）的因素（结晶类型确定）： 1 、离子间距： A离子半径：R（A）↑氧八面体间隙↑，E（B―O）↑，Tc↑ B离子半径：R（B）↓B易在氧八面体中偏移，Tc↑ 2 、化学键特性： A－O键强弱：A－O键↑，O被A离子锁定（电子云不易变形），B－O 键↓，Tc↓ B－O键强弱：B－O键↑，E（B－O）↑，Tc↑。 例： Ba2＋ Pb2＋ Sr2＋ rA2＋（?） 1.60 1.49 1.44 氧八面体间隙 大 中 小 估计Tc 高 中 低 氧化物熔点（℃） 1933 888 2430 A－O键能 中 小 大 Ti－O键能 中 大 小 估计Tc 中 高 低 实际Tc（℃） 120 490 －250 只考虑原子间距 考虑键能 (2) 固溶型铁电体的居里点 (a) 固溶体应只有一个居里点 两种铁电体或一种铁电体中加入非铁电体而形成固溶体时，因杂质离子作无序分布，因而不可能分出两相，所以只能有一个居里点