CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-基陶瓷的制備、結(jié)構(gòu)與介電性能研究.pdf

1、最近幾年來立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaCu3Ti4O12(CCTO)因其具有巨介電常數(shù)的獨特性能(在無線電頻率下，室溫附近介電常數(shù)通常>104)，受到了廣泛的關(guān)注。但是關(guān)于其巨介電響應(yīng)的產(chǎn)生機理至今尚存爭論，并且其較大的介電損耗也限制了其實用化。本文通過CCTO基陶瓷的組成設(shè)計、結(jié)構(gòu)控制方法研究，尋求具有高介電常數(shù)，且損耗相對較小的電介質(zhì)陶瓷材料體系，并探討相應(yīng)的物理機制。為此類材料的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 獲得高純度單相CCTO原料是高性能陶

2、瓷制備的基礎(chǔ)。本文針對合成單相CCTO的難點，詳細(xì)研究了微波加熱工藝路線對物相形成的影響。發(fā)現(xiàn)利用微波加熱技術(shù)可以在較低的溫度和較短時間內(nèi)單相的CCTO粉料。 CCTO陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)對鐵電性能有較大的影響。發(fā)現(xiàn)了其具有弛豫鐵電體的特性，并且隨著陶瓷晶粒的減小，其頻率彌散性和弛豫強度隨之增加。這是由于小晶粒上所承受的晶界所導(dǎo)致的應(yīng)力更大的緣故。 B位改性CCTO陶瓷研究了Ti的化學(xué)計量以及不同價態(tài)離子，Zr4+、Ta5+和

3、Sc3+離子置換Ti4+的結(jié)構(gòu)與介電性能。發(fā)現(xiàn)了CCTO陶瓷的絕緣性阻擋層的形成以及晶粒不連續(xù)生長與B位離子Ti在晶界的聚集相關(guān)。研究表明CCTO的巨介電性能與其陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。主要可以用具有Maxwell-Wagner界面弛豫特性的內(nèi)部阻擋層電容器模型對其進(jìn)行解釋，而且在300-400K和450-550K之間，存在有兩個界面弛豫過程，分別由晶界和疇壁所決定。當(dāng)選取適合的取代量，在一定的工藝條件下可以獲得具有較好介電性能的CCT

4、O基陶瓷材料：(1)當(dāng)0.5％molZr4+取代Ti時，CCTO基介質(zhì)陶瓷的介電性能是：在-50-70℃之間，其介電常數(shù)>5000，損耗<0.08；(2)當(dāng)Ta5+的取代量為0.5mol％的時候，1100℃燒結(jié)1小時的樣品的介電常數(shù)>20000，介電損耗<0.09；(3)當(dāng)Sc3+的取代量是為1.0％molTi的時候，樣品的介電性能是：在KHz范圍內(nèi)，室溫到100℃左右的范圍內(nèi)，其介電常數(shù)>6000，介電損耗<0.10。 考慮S

5、rTiO3的低損耗性能，為有效降低CCTO陶瓷的介電損耗，本文研究了(1-x)CCTO-xSrTiO3(x是體積含量)復(fù)合陶瓷的結(jié)構(gòu)與介電性能。實驗發(fā)現(xiàn)該陶瓷是典型的兩相混合結(jié)構(gòu)。其介電常數(shù)的變化規(guī)律符合Lichtenecker對數(shù)法則。 并且由于SrTiO3是良好的絕緣體，導(dǎo)致了陶瓷的絕緣電阻大幅度的增加，從而降低了介電損耗。當(dāng)x=0.4的時候，1060℃燒結(jié)3小時的樣品，在室溫到150℃之間其無線電頻率下的介電常數(shù)約為200