锶钽氧氮化物功能陶瓷的高效合成、致密化及介电性能研究

作者：李俊生; 曾良; 刘荣军; 王衍飞; 万帆; 李端^*

来源：无机材料学报, 2023, 38(08): 885-892.

• 钙钛矿
• 氧氮化物
• 尿素
• 放电等离子烧结
• 介电常数

AB(O,N)3型钙钛矿氮氧化物是一类新型功能陶瓷材料,具有独特的介电/磁/光催化等性能,在能源存储与转化领域应用前景广阔,但传统制备工艺耗时长且产物纯度较低。本研究以尿素为氮源、金属氧化物为前驱体,采用无压放电等离子烧结设备一步合成了钙钛矿氮氧化物SrTa(O,N)3陶瓷粉体,并实现了快速致密化。深入研究了升温速率和合成温度对粉体组成与微观形貌的影响,并对优化后制备的陶瓷块体进行了介电性能表征。结果表明,较高的升温速率和适中的合成温度有利于氮化反应的充分进行,在100℃/min和1000℃下制得的SrTa(O,N)3粉体纯度最高,氧氮化物相含量约97%,粒径分布区间为100～300 nm, Sr、Ta、O、N四种元素分布均匀。较优的致密化工艺为烧结温度1300℃、升温速率300℃/min、保温时间1 min,经烧结制得的SrTa(O,N)3陶瓷试片致密度可达94%以上,且纯度很高,该材料在300Hz时的介电常数高达8349,介电损耗为10–4量级,优于文献报道值。本研究制备的SrTa(O,N)3陶瓷的高介电常数与致密度和纯度的调控密不可分,这是因为气孔和杂质会降低材料介电常数,高致密度和高纯度是SrTa(O,N)3氧氮化物陶瓷获得优异介电性能的关键。

• 单位
  国防科技大学