CaCu3Ti4O12介电陶瓷掺杂改性的研究

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钛酸铜钙(Ca Cu3Ti4O12,CCTO)拥有巨介电常数,其介电温度稳定性及频率稳定性非常好,在动态随机存储器(DRAM)大容量电容器等电子器件领域具有诱人的应用前景,但其较大的介电损耗,阻碍了CCTO的实际应用。本文以Ca CO3、Cu O、Ti O2、Mg O、Sr CO3、纳米α-Al2O3为原料,采用传统固相反应法制备掺杂CCTO介电陶瓷,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、介电性能测试等分析测试手段,研究了Mg O、Sr CO3、Zn O和纳米Al2O3掺杂对CCTO陶瓷的物相组成、显微结构、相对密度和介电性能的影响,结果表明,CCTO陶瓷的介电性能对制备工艺、掺杂量及掺杂机制很敏感。Mg掺杂在CCTO的Cu位,Mg O掺量较低时(x=0,0.1,0.2),1080℃烧结的Ca Cu3-x-x Mgx Ti4O12陶瓷在10k Hz下的介电常数均较大(105以上),频率稳定性较好,但介电损耗也较大(均大于0.22),而1110℃烧结的Ca Cu3-x-x Mgx Ti4O12陶瓷有少量玻璃相,其介电常数为4?1045?104,但介电损耗较小(0.120.2);1110℃烧结10h的Ca Cu2.8Mg0.2Ti4O12陶瓷具有较好的综合介电性能,在10k Hz下的介电常数为5?104,介电损耗为0.12。Mg掺杂在CCTO的Ca位,Mg O掺量较低时(x=0,0.05),1050℃烧结的Ca1-x-x Mgx Cu3Ti4O12陶瓷在10k Hz下的介电常数均较大(9.5?103以上),频率稳定性较好,但介电损耗也较大(均大于0.11),而1110℃烧结的Ca1-x-x Mgx Cu3Ti4O12陶瓷有少量玻璃相,其介电常数为7.8?1039.9?103,介电损耗较小(0.060.09);1110℃烧结的CCTO(不掺杂)具有较好的综合介电性能,在10k Hz下,其介电常数为9.9?103,介电损耗为0.06。Mg掺杂CCTO的Cu位,Sr CO3掺杂CCTO的Ca位,CCTO和Ca0.9Sr0.1Cu2.9Mg0.1Ti4O12在烧结温度为1050℃,在10k Hz下的介电常数均较大(4?104以上),频率稳定性较好,但介电损耗也较大(均大于0.13),而1110℃烧结的CCTO和Ca0.9Sr0.1Cu2.9Mg0.1Ti4O12陶瓷有少量玻璃相。采用纳米?-Al2O3对Ca Cu2.9Zn0.1Ti4O12掺杂改性,在1100℃烧结6h获得的0.985Ca Cu2.9Zn0.1Ti4O12-0.015Al2O3陶瓷具有良好的综合介电性能,在10k Hz下介电常数为3.8?104,介电损耗为0.13。
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