掺杂Ba（Zr0.15Ti0.85）O3陶瓷的结构与电性能研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0552

摘要/Abstract

摘要：

采用固相烧结法制备了不同氧化钬掺杂量的Ba（Zr_0.15Ti_0.85）O₃（BZT）陶瓷，对比分析了未掺杂和掺杂不同含量氧化钬的BZT陶瓷的物相组成、显微组织、介电性能和铁电性能。结果表明：未掺杂或氧化钬掺杂量较小（质量分数≤2%）的BZT陶瓷主要以单相固溶体形式存在；当氧化钬质量分数增加至3%及以上时，BZT陶瓷中形成新的Ho₂Ti₂O₇相；掺杂氧化钬的BZT陶瓷晶粒尺寸明显小于未掺杂氧化钬的BZT陶瓷，且随着氧化钬掺杂量的增加，BZT陶瓷的平均晶粒尺寸逐渐减小。此外，随着氧化钬掺杂量的增加，BZT陶瓷的ε_rRT和tan δ_RT先增加后减小，当氧化钬质量分数为2%时可以得到高ε_rRT、低tan δ_RT的BZT陶瓷。掺杂氧化钬的BZT陶瓷具有弛豫铁电陶瓷特征，氧化钬质量分数为2%~7%的BZT陶瓷的剩余极化强度均低于未掺杂氧化钬的BZT陶瓷，且剩余极化强度随着氧化钬掺杂量的增加逐渐减小；掺杂氧化钬的BZT陶瓷的矫顽电场均小于未掺杂氧化钬的BZT陶瓷，且矫顽电场随着氧化钬掺杂量的增加逐渐减小；BZT陶瓷剩余极化强度和矫顽电场的变化主要与BZT陶瓷内部相变、晶粒尺寸等有关。

关键词: Ba（Zr_0.15Ti_0.85）O₃陶瓷, 氧化钬掺杂, 结构, 弛豫铁电, 介电性能

Abstract:

Ba（Zr_0.15Ti_0.85）O₃（BZT） ceramics with different doping amounts of holmium oxide were prepared by solid⁃state sintering method，the phase composition，microstructure，dielectric properties，and ferroelectric properties of undoped and holmium oxide doped BZT ceramics were compared and analyzed.The results indicated that BZT ceramics with undoped or low doping amounts of holmium oxide（≤2%） mainly existed in the form of single⁃phase solid solutions.When the doping amount of holmium oxide was increased to 3% or more，new Ho₂Ti₂O₇ phases were formed in the doped BZT ceramics.The grain size of holmium oxide doped BZT ceramics was significantly smaller than that of undoped BZT ceramics，and as the doping amount of holmium oxide increased，the average grain size of doped BZT ceramics was gradually decreased.As the doping amount of holmium oxide increased，the performance of BZT ceramics ε_rRTand tan δ_RT was increased firstly and then decreased.When the mass fraction of holmium oxide was 2%，BZT ceramics with high ε_rRTand low tan δ_RT could be obtained.Doped BZT ceramics exhibited the characteristics of relaxor ferroelectric ceramics，the residual polarization intensity of doped BZT ceramics with 2%~7% holmium oxide doping was lower than that of undoped BZT ceramics，and the residual polarization intensity was gradually decreased with the increase of doping amount.The coercive electric field of doped BZT ceramics was smaller than that of undoped BZT ceramics，and the coercive electric field of doped BZT ceramics was gradually decreased with the increase of doping amount.The changes in residual polarization intensity and coercive electric field were mainly related to the internal phase transition and grain size of BZT ceramics.

Key words: Ba（Zr_0.15Ti_0.85）O₃ ceramic, doping with holmium oxide, structure, relaxation ferroelectricity, dielectric performance

中图分类号:

TQ174.1

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w（氧化钬）/ %	平均晶粒尺寸/µm	w（氧化钬）/ %	平均晶粒尺寸/µm
0	34.33	4	4.08
1	16.67	5	3.52
2	14.14	6	2.78
3	5.38	7	2.70

w（氧化钬）/%	介电常数最大值	居里温度/℃	半峰宽/ ℃	介电常数变化率/% （-30 ℃~+85 ℃）
0	6 981.53	76.0	52.0	+344~-62
1	8 404.60	54.2	68.0	+89~-80
2	9 990.59	4.2	98.2	+16~-81
3	9 774.94	-2.0	109.2	+20~-81
4	8 847.49	-20.0	124.2	+49~-77
5	6 984.56	-42.2	132.0	+82~-70
6	5 894.35	-55.2	146.0	+87~-65
7	4 169.89	-65.0	170.0	+77~-59

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掺杂Ba（Zr_0.15Ti_0.85）O₃陶瓷的结构与电性能研究

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