雙功能陶瓷CaCu3Ti4O12的制備及其應用.pdf

1、本論文采用固相法制備CaCu3Ti4O12(以下簡稱CCTO)粉體,研究了添加劑含量及燒結(jié)方法等因素對CCTO陶瓷致密度、微觀結(jié)構(gòu)及電氣性能等方面的影響。
　　 選取V2O5為單一添加劑,Bi2O3-CuO為復合添加劑,實驗結(jié)果表明:當V2O5的添加量為0.1％時,陶瓷形成一種大小晶粒交錯堆疊的致密結(jié)構(gòu)(P相對=95.97％),CCTO陶瓷的介電性能表現(xiàn)出較好的頻率穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性,f=1kHz時εr=32038且tantδ=

2、0.026,CCTO陶瓷的正反向非線性系數(shù)均大于10;固定V2O5的添加量,采用兩步法燒結(jié)有助于提高陶瓷的壓敏性能:當T2=1020℃時,P相對=97.59％,CCTO陶瓷的壓敏性能較佳,正反向非線性系數(shù)均大于30,但是CCTO陶瓷介電性能變差,f=1kHz時εr=12232且tanδ=0.238。添加Bi2O3-CuO也得到類似的效果,當添加量為0.5％時,CCTO陶瓷最致密,P相對=97.71％,f=1kHz時εr=62675且ta

3、nδ=0.086,CCTO陶瓷的正反向非線性系數(shù)均大于3;采用兩步法燒結(jié),當T2=1000℃時,P相對=95.47％,CCTO陶瓷壓敏性能較佳,正反向非線性系數(shù)均大于55,f=1kHz時εr=16222且tanδ=0.394。
　　 在上述添加劑實驗基礎上,本論文還進行機理方面的探討工作,一方面通過熔鹽法處理工藝結(jié)合兩步法燒結(jié)在CCTO陶瓷體內(nèi)進行化學處理,制備不同介電常數(shù)和壓敏性能的CCTO陶瓷樣品:采用熱腐蝕法處理樣品的表面

4、和斷面,發(fā)現(xiàn)晶粒內(nèi)部存在著區(qū)別于晶界的區(qū)域——疇界,且阻抗譜分析結(jié)果表明:除了晶界和疇界,CCTO陶瓷樣品內(nèi)部還存在由于缺陷而引起的其它高阻區(qū);另一方面,通過物理方法在CCTO陶瓷表面磁控濺射一層不同厚度的Al2O3絕緣層,實驗結(jié)果表明:雖然Al2O3絕緣層的引入使得CCTO陶瓷的電容率略有降低,但仍然在104數(shù)量級,且介電損耗變化不大:引入Al2O3絕緣層使得樣品電阻增大,J-E特性曲線向高場強方向移動,但其非線性系數(shù)沒有太大變化,這

5、說明CCTO陶瓷的巨介電效應和壓敏性能都是由于材料體內(nèi)自身結(jié)構(gòu)引起的。結(jié)合上述結(jié)論利用雙Schottky勢壘模型,同時引入勢壘消失理論,初步解釋CCTO陶瓷巨介電效應和優(yōu)異壓敏性能的緣由。同時,通過微接觸電流-電壓測試法測試CCTO陶瓷表面不同晶粒和晶界的I-V特性曲線驗證了上述理論模型的合理性,并且通過簡化公式定性地分析了添加劑法和熔鹽法的相關實驗結(jié)果。
　　 最后,利用CCTO陶瓷巨介電效應和壓敏性能成功地將其開發(fā)成外徑為1