3）生物陶瓷

大家知道人体硬组织的修复和重建一直是生物医学所重视的，生物陶瓷就可以在这方面有建树。它主要包括单晶体、非晶体生物玻璃，涂层材料，复合材料。

1.3钛酸锶钡（BST）相关知识

1.3.1铁电陶瓷的简介[3]

铁电陶瓷可用于制造敏感、光学器件，它是一种含铁量极少甚至不含的功能陶瓷。由于铁电陶瓷的瓷体中存在电畴，因此铁电陶瓷具有很多特殊的功能：介电常数高、在光方面有各向异性等。因此，铁电陶瓷成为固体物理研究的一个很活跃的领域。

为了满足要求，铁电陶瓷应有如下特点：

（1）介电常数高，介电损耗低；

（2）变化率低；

（3）耐电强度要高；

（4）介电常数尽量在交流和直流电场下稳定；

（5）老化率小。

1.3.2钛酸钡的简介

钛酸钡（BaTiO3，BT）以其优异的介电性（ε≈3500）和压电性能（190pC/N）而众所周知的材料，允许其在各种电子应用，如电容器就广泛应用。材料的

高相对介电常数和低介电损耗在微电子工业中是有利的，因为其使得器件小型化。根据烧结陶瓷的晶粒尺寸，BT的相对介电常数可以在4000-6000的范围内变化，并且当通过常规烧结方法烧结时，通常可以在约1微米的晶粒尺寸获得最大相对介电常数[4]。1945年首次研发BaTiO3瓷料成功，自此以后人们就继续研究，对BaTiO3的研究主要有两方面，一方面是研究其离子取代，另一方面是研究固溶体材料。BaTiO3的居里温度为120℃，室温下为顺电体材料，居里温度下介电常数可达25000，但室温下介电常数只有1600，要想获得室温下介电常数高的介质材料，需要在BaTiO3介质中添加改性剂，将其居里温度左移至室温附近。然而，将居

里温度左移到室温附近，会发现在此处BaTiO3材料的介电常数随温度的变化很明显，还需要添加其他试剂来改善这种情况[5]。

1.3.2.1BaTiO3的晶体结构

BaTiO3与天然钙钛矿(CaTiO3)的结构相似，跟大多数晶态ABO3氧化物一样。一般钙钛矿化合物的分子式是ABO3，由立方单胞组成，如图1-1所示。可以发现A离子在八个顶角，B离子在体心，O离子在六个面心[6]。

图1-1钙钛矿结构

钙钛矿结构的BaTiO3和以其为基的固溶体材料是目前研究最多的，也是应用最广的铁电材料。BaTiO3有六方相、立方相、四方相、斜方相和三方相等五种晶体结构形式。铁电陶瓷最忌六方相，实际上很难出现六方BaTiO3，只有温度在1460℃以上才会有[7]。BaTiO3在不同温度区间内具有不同稳定结构。按照温度由低到高的变化趋势，它们稳定存在的温度范围分别是:-90℃以下是三方相；在-90℃～5℃是斜方相；5℃～120℃是四方相；120℃以上是立方相。BaTiO3的晶型及转变温度如表1[8]

表1BaTiO3的晶型及转变温度

温度 <-90℃ -90℃～5℃ 5℃～120℃ >120℃

BaTi03晶型三方晶系 斜方晶系 四方晶系 立方晶系

BaTiO3的各个晶型结构如图1-2所示:

图1-2BaTiO3的各个晶型结构

立方相是BaTiO3的理想钙钛矿结构，如图1-3所示:图1-3BaTiO3的立方相晶型结构

1.3.2.2BaTiO3的掺杂改性

BaTiO3介电常数很高，一般在居里点附近出现极大值，而且很多方法可以对介电常数进行调节，如通过稳定变化、电场强度E和极化强度P等。纯BaTiO3已经很早就研究了，现代通常通过掺杂来对BaTiO3进行掺杂改性，用来获得性能稳定的介电材料。在铁电介质Tc附近存在居里区（一个ε值较大的温度区间），在此区内，铁电相和顺电相可以共存，只是程度不一样。用来获得温度特性较好的介质材料可采用多种方法，如相变扩散、引入固溶体和晶粒微细化。分析结构发现，凡是取代A位离子，起展宽作用的离子，其半径都比Ba2+要小，致使临近八面体空隙减小；而B位离子取代，其半径都比Ti4+大，这样共角八面体的间隙也减小。总的结果使得八面体中心的Ti4+离子较难发生定向的自发极化，局部出现非铁电微区。同时，由于非铁电相缓冲区的出现，降低了自发极化产生的电场强度，电滞回线变窄、变斜，回线面积减小，因此在居里点展宽的同时，介电损耗也会下降。