Dy2O3掺杂Ba(Zr0.2Ti0.8)O3陶瓷介电性能及微观结构研究

朱龙居, 张 晨

(1.江苏省特种设备安全监督检验研究院 扬州分院, 江苏 扬州 225003) (2.江苏科技大学 材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212003)

钛酸钡(BaTiO3,BT)是最早发现的一类具有ABO3型钙钛矿结构的典型铁电体[1],作为BaTiO3与BaZrO3的固溶体,锆钛酸钡(BaZrxTi1-xO3,BZT)在性能方面进一步体现出介电非线性强、漏电流小、介电常数高、居里温度可调且耐压强度高的特点,因而备受瞩目[2]．为了提高锆钛酸钡陶瓷的温度稳定性、降低介电损耗,人们相继对BZT陶瓷开展了掺杂改性研究[3]．文献[4]采用固相反应合成法制备了Hf4+掺杂的BaZr0.2Ti0.8O3陶瓷,发现Hf4+离子可进入钙钛矿晶格,并引起陶瓷相变温度及室温介电损耗降低．稀土元素因其具有抑制BaTiO3陶瓷晶粒生长,并在一定程度上提高介电性能[5]的效果而同样在BZT陶瓷体系中得到应用．根据文献[7]的报道,Ho在 Ba(Zr0.1Ti0.9)O3陶瓷中可形成有限固溶体,随掺杂量增大,BZT陶瓷晶粒尺寸下降,介电峰值可从35 000降低至10 000以下．另外,Sm2O3亦可降低Ba(Zr,Ti)O3陶瓷居里温度,并使介电温谱展宽[7]．

文中选取稀土元素氧化物Dy2O3作为添加改性剂,通过传统固相法制备工艺获得Dy2O3掺杂Ba(Zr0.2Ti0.8)O3陶瓷,研究不同Dy2O3掺杂量对Ba(Zr0.2Ti0.8)O3陶瓷微观形貌、相组成以及介电性能的影响．

1 实验

1.1 原料的制备

采用传统固相法陶瓷制备工艺,以BaCO3(分析纯,>99.0%)，ZrO2(分析纯,>99.0%)，TiO2(化学纯,>98.0%)，Dy2O3(高纯,>99.9%)为主要原料．根据分子式Ba(Zr0.2Ti0.8)O3将起始原料BaCO3，ZrO2以及TiO2按比例混合,置于Φ13 cm的玛瑙研钵中干法研磨1 h,所得粉体在1 150 ℃保温2 h预合成,随炉冷却后加入w(MgO)=0.2% (分析纯,>98.5%),w(MnO2)=0.2%(分析纯,>97.5%),w(ZnO)=0.2% (分析纯,>99.0%)以及w(Dy2O3)=0～1.0%,二次研磨1 h后加入w(聚乙烯醇(PVA))=5%造粒,在250 MPa下压成直径为Φ10 m……