CaCu3Ti4O12陶瓷材料的摻雜改性研究.pdf

1、由于電子元件都進(jìn)入小型化、微型化的發(fā)展，使得高介電材料在微電子工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越多。但由于材料尺寸效應(yīng)，原有的一些材料所制作得微型電子器件無(wú)法達(dá)到其所需要的使用性能要求。因此，需要更高性能的介電材料來(lái)解決這類問(wèn)題。在21世紀(jì)初，一種立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaCu3Ti4O12介電材料，由于其具有反常的巨介電常數(shù)（ε≈104～105）及其介電常數(shù)在較寬的溫區(qū)范圍內(nèi)(100-400K)基本保持不變等特性，引起了人們的興趣。由于其制作工藝簡(jiǎn)單，且燒

2、結(jié)溫度也不高，約為1000℃～1100℃上下，使其成為一種具有潛在實(shí)用價(jià)值的新型巨介電常數(shù)材料。但是該介電材料的介電損耗較大，而且在100K溫度以下工作時(shí)，其介電常數(shù)值會(huì)急劇下降，最小時(shí)約為100，與原來(lái)相比減小了約3個(gè)數(shù)量級(jí)。這些不良性能影響了其成為實(shí)用材料，所以如何在提高CCTO材料介電常數(shù)的同時(shí)又能降低其介電損耗成為了材料科研工作者的研究目標(biāo)。
　　本論文以CaCu3Ti4O12（簡(jiǎn)寫CCTO）為基體陶瓷組元，采用傳統(tǒng)電子陶

3、瓷制備工藝和XRD、SEM等現(xiàn)代測(cè)試分析手段，研究了CCTO陶瓷的預(yù)燒溫度、摻雜改性、配方比等對(duì)該介電陶瓷物相組成，顯微結(jié)構(gòu)以及介電性能的影響。通過(guò)對(duì)CCTO粉體的差熱失重分析和XRD相結(jié)構(gòu)分析以及對(duì)陶瓷的介電性能分析可知，950℃為最佳預(yù)燒溫度，1060℃為最佳燒結(jié)溫度。
　　稀土氧化物Nd2O3的摻雜并沒有改變CCTO陶瓷的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，但是過(guò)量摻雜會(huì)使CCTO衍射峰產(chǎn)生偏移并生出其他雜峰（氧化銅）。稀土氧化物的摻雜會(huì)使陶瓷的晶

4、粒增大，氣孔變小但是過(guò)量的摻雜也是使陶瓷的相中有第二相析出。稀土氧化物的加入使陶瓷的介電性能有了一定的提高，但是在降損方面影響不大。當(dāng)釹的加入量為x=0.05時(shí)，樣品的綜合介電性能最佳:εr=137078，tanδ=0.207。
　　稀土氧化物Yb2O3的摻雜同樣沒有改變CCTO陶瓷的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，但是過(guò)量摻雜會(huì)使CCTO衍射峰產(chǎn)生偏移并生出其他雜峰（氧化銅）。其摻雜會(huì)使陶瓷的晶粒增大，生長(zhǎng)均勻，氣孔變小但是過(guò)量的摻雜也是使陶瓷的相

5、中有第二相析出。稀土氧化物的摻雜使陶瓷的介電性能有了一定的提高，但是在降損方面影響不大。當(dāng)鐿的加入量為x=0.08時(shí)，樣品的綜合介電性能最佳:εr=2.8×105，tanδ=0.231。
　　采用輕稀土氧化物Y2O3替代摻雜CCTO陶瓷，發(fā)現(xiàn)其摻雜同樣沒有改變CCTO陶瓷的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，但是過(guò)量摻雜會(huì)使CCTO衍射峰產(chǎn)生偏移并生出其他雜峰（氧化銅）。其摻雜會(huì)使陶瓷的晶粒增大，生長(zhǎng)均勻，氣孔變小但是過(guò)量的摻雜也是使陶瓷的相中有第二相析

6、出。其摻雜使陶瓷的介電性能有了一定的提高，但是在降損方面影響不大。當(dāng)釔的加入量為x=0.2時(shí)，樣品的綜合性能最佳:εr=183503,tanδ=0.3108。
　　在Ba0.65Sr0.35TiO3(BST)化合物和Cr2O3及MgO對(duì)CCTO陶瓷的進(jìn)行晶界摻雜后，沒有改變其原有的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，但是過(guò)量摻雜會(huì)使CCTO的衍射峰變小，主峰變得不明顯，且有很多雜相衍射峰，析出物較多。BST化合物和Cr2O3及MgO的加入會(huì)使陶瓷的晶粒增