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XRD在鈦酸鋇陶瓷材料檢測中的應(yīng)用

XRD在鈦酸鋇陶瓷材料檢測中的應(yīng)用
浪聲  2024-05-06  |  閱讀:1570

一、鈦酸鋇陶瓷簡介

鈦酸鋇(BaTiO3)是BaO-TiO2體系中經(jīng)典的鐵電化合物,典型鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)晶體,具有良好的介電和鐵電特性,是電子陶瓷元件的基礎(chǔ)母材,廣泛應(yīng)用于制作體積小、容量大的微型電容器和溫度補(bǔ)償元件,也用來制作非線性元件、介質(zhì)放大器、電子計算機(jī)記憶元件、陶瓷敏感元件、微波陶瓷及壓電陶瓷,多層陶瓷電容器、熱敏電阻器、電光器件和動態(tài)隨機(jī)存儲器等方面,是電子功能陶瓷器件的基礎(chǔ)原料,因此被廣大學(xué)者和生產(chǎn)廠家稱為“電子陶瓷產(chǎn)業(yè)的支柱”。


二、鈦酸鋇陶瓷晶體結(jié)構(gòu)

鈦酸鋇陶瓷有五種晶體結(jié)構(gòu),分別為六方型、立方型、四方相、正交型和三方型。在陶瓷材料領(lǐng)域中,碳酸鋇陶瓷常見的只有兩種晶型,即立方型晶型和四方相晶型。當(dāng)鈦酸鋇為立方鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)時,Ti4+居于O2-構(gòu)成的氧八面體中央,Ba2+(鋇離子)則處于八個氧八面體圍成的空隙中。此時的鈦酸鋇晶體結(jié)構(gòu)對稱性極高,因此無偶極矩產(chǎn)生,晶體無鐵電性,也無壓電性。當(dāng)鈦酸鋇為四方鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)時,晶體的對稱性下降,具有顯著地鐵電性和壓電性,其自發(fā)極化強(qiáng)度沿c軸方向。所以研究鈦酸鋇晶型的組成和比例對鈦酸鋇的鐵電和壓電性能至關(guān)重要。


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鈦酸鋇晶胞結(jié)構(gòu)(a)為立方相,(b)、(c)為四方相


三、XRD在鈦酸鋇陶瓷材料檢測中的應(yīng)用

四方相的鈦酸鋇具有良好的介電性能、壓電性能、鐵電性能,被廣泛應(yīng)用于多層陶瓷電容器(MLCC)、熱敏電阻、動態(tài)存儲器和光電器件等方面。與立方型相比,四方相鈦酸鋇具有自發(fā)極化現(xiàn)象,其鐵電、壓電、熱電性能更為優(yōu)異。而XRD在鈦酸鋇陶瓷材料中的應(yīng)用主要是物相分析,如研究不同煅燒溫度下鈦酸鋇陶瓷材料的晶型轉(zhuǎn)變,亦可根據(jù)Rietveld精修(全譜擬合)得到具體的晶胞參數(shù),參考軸率c/a值進(jìn)一步判斷晶相的構(gòu)成。



四、應(yīng)用案例

(1)待測樣品圖


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左:BaTiO3-1樣品;右BaTiO3-2樣品


(2)檢測結(jié)果


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BaTiO3-1的XRD圖譜


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BaTiO3-2的XRD圖譜


(4)結(jié)論

由上圖可知,BaTiO3-1樣品物相為立方相鈦酸鋇(PDF#00-031-0174);BaTiO3-2樣品物相為四方相鈦酸鋇(PDF#04-009-3215),它在2θ約為45°處出現(xiàn)了(200)和(002)的雙峰結(jié)構(gòu),即衍射峰發(fā)生分裂,當(dāng)只有一個衍射峰時為完全的立方相,有兩個衍射峰時,說明含有四方相,而且劈叉的程度隨四方相含量的增大而更加明顯。

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