实习报告名称：钛酸钡基复合陶瓷的制备与性能
目录
一 实习报告名称
二 实习起止时间
三 实习地点
四 实习内容（含原理简介）
4.1 钛酸锶钡的特性和应用
4.1.1 钛酸钡的特性
4.1.2 钛酸锶的特性
4.1.3 钛酸锶钡的特性和应用
4.1.4 氧化镁锌与钛酸锶钡复合的作用
4.2 试验内容
4.2.1 制备BST-MZO的工艺路线如下：
4.2.2 实验主要内容：
4.2.3 性能检测
五 实习总结
一 实习报告名称
钛酸钡基复合陶瓷的制备与性能
二 实习起止时间
2008年8月28日到9月28号
三 实习地点
北京有色金属研究总院电子所
四 实习内容（含原理简介）
4.1 钛酸锶钡的特性和应用
4.1.1 钛酸钡的特性
BaTiO3及其固溶体是一类得到广泛用用的铁电、介电材料。由于铁电材料内存在自发极化和铁电畴，其介电常数一般随外加电场的变化而变化，这称为铁电材料的非介电性。
BaTiO3(BT)属ABO3型钙钛矿结构铁电材料，A位是Ba原子，B位是Ti原子。居里温度为1200℃。在不同的温区，它具有不同的相结构。在高于120℃的温区，是立方晶胞，属于顺电相。降至120℃结构转变为四方对称性，当温度降至5℃时，为正交晶系。BaTiO3在常温下是铁电相，属立方相钙铁矿结构，纯BaTiO3陶瓷的介电常数在室温下约为1400，且随温度变化比较平坦，而在居里点(1200℃)附近，介电常数增长很快，并在居里点处达到峰值(εr在6000-10000)。
4.1.2 钛酸锶的特性
SrTiO3(ST)的晶格结构与BaTiO3相似，但居里温度特别低，约-233℃。室温下ST的介电常数约为300左右，介电性能好，其化学稳定性高、热稳定性好，高温下不易分解，多年来一直用作电容器陶瓷。ST与BT无限固溶，其固溶体的居里温度随Ba/Sr组分在-233℃至120℃几乎线性可调，从而为BST工作在不同的温度并满足不同的性能要求提供了广阔的成分设计空间。
4.1.3 钛酸锶钡的特性和应用
BST(BaxSr1-xTiO3)属立方钙钛矿相铁电体，结构如图4.1.1所示(Ti原子位于立方体心，O原子位于面心，Ba或Sr原子位于顶点)。其居里温度TC介于BaTiO3(120℃)和SrTiO3(-163℃)之间，在TC以上呈顺电相，以下呈铁电相。通常采用顺电相的BST用于DRAM电容以取得稳定的电容特性(铁电相在极化疲劳后电容率有大幅度的衰退)。调节Ba/Sr组分比可以改变BST材料的TC(一般满足TC=371x-241的线性规律)，使材料在室温呈顺电相，并使其远离介电常数随温度变化较大的TC附近区域，以获得较高而随温度变化较小的电容响应。
图表 4.1.1
钛酸锶钡是钛酸钡和钛酸锶形成的固溶体，纯钛酸钡的居里点为120℃，随着锶含量的增加，固溶体的居里点逐渐移向负温度，形成一系列居里点可调的铁电材料。这一特点使得钛酸锶钡能够满足不同的应用需求，活得了广泛的应用。可以被用作电容器、随机动态存储器（DRAM）、铁电红外传感器等。此外，钛酸锶钡的铁电固溶体异常大的介电常数和显著的介电非线性。再外加直流偏场下。介电常数随外场增大而单调减小，较强的介电非线性使得包含钛酸锶钡在内的一类强非线性铁电陶瓷被认为是替代铁氧体制作移相器的理想材料，和铁氧体相比，利用钛酸锶钡制作的移相器具有高功率、低插入损耗、低驱动功率、宽工作温度和低成本的优点。
目前，相控阵天线的发展有两个趋势：一是在厘米波段迫切需要减少重量、体积，降低成本，提高可靠性；二是发展适合毫米波雷达应用的相控阵天线。为了适应这两大发展趋势，必须研究满足其要求的新型移相器。而作为相控阵天线关键部件的移相器应该具备以下特点：（1）高的开关速度；(2)低的插入损耗；（3）高的功率容量；（4）温度的稳定性好；（5）低的驱动功率；（6）尺寸小重量轻；（7）成本低；（8）具有互易性；（9）抗辐射能力好。按照目前相控阵雷达的发展趋势，铁氧体移相器和PIN二极管移相器都难满足当今信息技术发展的要求。美国国家军事研究实验室材料部的L.C.Sengupta等人和美国军事研究实验室微波与光电部的W.C.Drach等人，于1994年向美国军事部门提出的关于“BST（钛酸锶钡）移相器材料电学特性”的调查报告中明确指出，如果能用BST材料制成移相器代替铁氧体的话，相控阵雷达将面临一场彻底革命。
4.1.4 氧化镁锌与钛酸锶钡复合的作用
对于纯的BST，其介电常数在1千甚至几千，根据Ba组分含量的不同而有所不同，Ba的比例越大，介电常数会越大。在用作微波介质时，其阻抗匹配将成为一个很重要的问题。对于本实验，基于相控阵移相器的匹配要求，要将BST材料的介电常数降至100左右。通过在BST中添加各种改性剂可以获得所需的BST材料的介电性能。目前国内外采用得主要的改性剂包括含Mg的化合物改性剂（主要目的是为了降低材料的介电常数）和稀土类改性剂（主要为了提高材料的其它性能，如降低损耗、提高调谐性、提高温度稳定性等）。由于Mg类改性剂属于非铁电性物质，其加入冲淡了BST的铁电性，所以介质损耗也会有所降低。
4.2 试验内容
4.2.1 制备BST-MZO的工艺路线如下：
4.2.2 实验主要内容：
a、BST粉和MZO粉合成。
按照不同配比称量BaCO3 、SrCO3 、TiO2。 。称量时带上口罩、手套，过程中注意称量的准确度和原料粉的纯度。称量完后倒入球磨罐中，加入适量酒精，以淹没所有粉末为宜。球磨转速是60转每分钟，时间是24小时。球磨完成后倒出混合液于盘中，烘干，碾成粉末然后置于氧化铝坩埚中烧结。烧结温度是1100℃，保温四小时，随炉冷却。MZO制粉过程和BST一样。然后按照上面同样的工艺把BST和MZO粉末球磨混合，烘干，碾成粉末。
b、成型性。
采用干压成型和冷等静压成型两种成型方法：
干压成型：成型时压力的大小直接影响坯体的密度和收缩率，成型压力小，坯体收缩大，最终烧成陶瓷的密度也小；成型压力也不可过大，因为压力太大，坯体容易出现裂纹，分层和脱膜困难等现象。其次，干压成型时，压模下降的速度缓慢一些为好加压速度过快会导致坯体分层，表面致密中间松散，甚至在坯体中存在很多气泡，因此，加压速度宜缓，而且要有一定的保压时间。我们用压片机压片成型时，8g每片，单轴压力为1MPa。保压时间大约一分钟。压片后，同类的片置于一个袋中封装，等静压。
冷等静压成型：为了得到更为致密均匀的预烧结样品，需对样品进行冷等静压，冷等静压前通过封装机对样品进行真空封袋包装。
c、成型坯烧结。
高温空气烧结炉，氧化铝坩埚，埋粉烧结
烧结工艺流程图为：
d、切片。
经过烧结的小片已经是所要研究的陶瓷了。为了深入研究介电性能需要切成厚度大约一毫米的小片。首先把片用石蜡固定，安装在切片机上。首先切成大约1.5mm厚。然后用砂子打磨光滑。先用100号砂纸磨平，厚度大约1mm。然后用360号，1000号磨去划痕。然后用超声波清洗干净。
e、烧渗法镀银。
通过丝网印刷对样品两侧面印刷银浆，印刷尺寸分别为φ20和φ10。镀电极所用原料是中温银浆，镀电极时注意电极要一边大一边小。测量时按照小的一边测量。如果两边一样大可能由于两边没有完全对准测量时产生误差。镀好一面，后置于烘箱里烘干，然后镀另一面。烘干后少渗。室温下用120min加热到600℃，保温10min，随炉冷却到室温
4.2.3 性能检测
a XRD物相分析
b测试BST-MZO陶瓷样品的介电性能
使用Agilent4284 LCR对样品进行电容值和介电损耗的测量。测试温度为室温。
测量样品的介电性能：
五 实习总结
为期一个月的专业实习很快就结束了。总的来说，这一个月里收获颇丰。首先要感谢实习老师的耐心指导。在老师们的指导下，认真学习实验室里各种操作知识，学习使用各种仪器。这些，都是在学校课堂里不能得到的总要实践经验。通过一个月的实习生活，参与了一个样品从配料到检测性能的全过程，对这一套操作所涉及的工艺有了初步了解。
以前觉得很简单的称量样品在真正的实验面前变得一点也不简单。首先得带上手套，以防止污染样品，还得带上口罩以保护自己，因为接触的粉末样品有毒性。称量的任何步骤都得小心谨慎，因为哪怕是混入一丁点杂质也会造成实验结果的不确定。这些，在没有接触实验以前是跟本想不到的。对于实验仪器的使用更加需要小心翼翼。每一步的操作都需要按照要求认真完成，以确保结果完成，同时也要注意保护自己避免自己受到意外伤害。以压片为例，第一次压片非常困难，老是卡住。越是着急越容易卡。压出的片也不好。后来，通过对每一步的认真操作，认真思考原理、原因，我们很好的掌握了压片技术，后几次压片都很少出现卡住或者片有脱落的情况。
实习过程中，通过老师的言传身教，我们学会了很多实验室经验。比如，仪器用完以后一定要清理干净并且放回原样，以方便别人或者自己下次使用；要养成记录的习惯，每次做的实验都要当时记下来，以保证以后能够查到，并且会让实验有序进行，不至于因为忘记步骤而导致错乱。这些小的细节对于科研和生活都非常重要，但是只有亲身经历才会理解其意义，并且让自己也养成这些好习惯。
回想这一个月，学到了很多的知识和经验，每天都很充实，很有意义。再次感谢老师们的耐心指导。
