巨電容率CaCu3Ti4O12陶瓷的制備及其晶粒和晶界非線性特性.pdf

1、本論文采用固相法制備CaCu3Ti4O12（簡寫為CCTO）陶瓷，研究了添加劑含量及成型工藝對CCTO陶瓷致密度、微觀結(jié)構(gòu)及電氣性能等方面的影響。通過樣品之間的對比分析，對CCTO巨電容率和非線性特性的機理作了初步探討。
　　首先分別以Na0.5Bi0.5Cu3Ti4O12（簡寫為NBCTO）、Bi0.667Cu3Ti4O12(簡寫為BCTO)為單一添加劑，CuO-TiO2-La2O3(簡寫為Cu/Ti/La)為復(fù)合添加劑，采用于

2、壓成型法制備CCTO塊體陶瓷。實驗結(jié)果表明:當(dāng)NBCTO含量為5％時，陶瓷形成具有明顯立方晶粒的單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CCTO基陶瓷，此時陶瓷的電容率達到最大值εr=696770(1kHz)，對應(yīng)的介電損耗為tanδ=0.526，非線性系數(shù)和擊穿場強分別為2.79和9.01V/mm;CCTO-BCTO體系中，BCTO含量為5％時，樣品的致密度達到最大，此時介電損耗達到最小值0.266(1kHz)，對應(yīng)的電容率εr=458080，但陶瓷的電容率在

3、BCTO含量為10％時達到最大值εr=584007(1kHz)，對應(yīng)的介電損耗為tanδ=0.42;在Cu/Ti/La三摻雜體系中，電容率隨添加量的增加而減小，當(dāng)Cu/Ti/La添加量為4％時，樣品的致密度和收縮率達到最大，分別為96.3％和14.02％，此時介電損耗達到最小值0.041(1kHz)，對應(yīng)的電容率εr=75862;Cu/Ti/La三摻雜CCTO陶瓷所有樣品非線性系數(shù)在3～6之間。
　　其次采用流延成型工藝制備純CC

4、TO薄片坯體，在不同溫度下進行燒結(jié)，研究燒結(jié)溫度對CCTO陶瓷結(jié)構(gòu)和電氣性能的影響。流延法制備的CCTO陶瓷在1060～1100℃燒結(jié)5h都形成了化學(xué)成分單一的CCTO相，晶粒大小分布在100～200μm，其中1080℃燒結(jié)5h的薄片陶瓷介電性能最佳，1kHz時εr=98606，tanδ=0.0285，同時也具有較好的非線性特征，非線性系數(shù)α,=5.06，擊穿場強為38.2V/mm。
　　在上述實驗基礎(chǔ)上，對CCTO介電機理和壓敏

5、機理進行初步探討。通過對流延成型CCTO陶瓷樣品的晶粒、晶界成分分析，發(fā)現(xiàn)CCTO陶瓷晶粒和晶界的成分存在較大區(qū)別，其中晶界處銅元素含量是晶粒內(nèi)的4倍;CCTO陶瓷中添加10％的BCTO，晶界電阻降低98％，晶粒電阻幾乎不變，晶界激活能從純CCTO的0.741eV降到0.9CCTO-0.1BCTO的0.379eV。對流延成型和干壓成型純CCTO陶瓷的復(fù)阻抗分析并且結(jié)合電鏡照片、光學(xué)顯微照片發(fā)現(xiàn)在CCTO陶瓷多晶體中不僅有晶粒-晶界結(jié)構(gòu)，

6、晶粒內(nèi)部還存在著區(qū)別于晶界的疇結(jié)構(gòu)。采用光刻工藝在CCTO陶瓷表面制備20μm的方形微電極，利用微探針直接測量晶粒內(nèi)部和晶界之間的(Ⅰ)-(Ⅴ)特性曲線，實驗結(jié)果表明晶界屬于高阻區(qū)，晶粒內(nèi)部電阻較晶界電阻低，晶粒內(nèi)部和晶粒之間都存在明顯的勢壘。為此，提出改進的內(nèi)部阻擋層電容模型（IBLC模型）結(jié)合雙Schottky勢壘模型部分解釋了CCTO陶瓷材料的巨介電性和壓敏性。
　　最后，利用CCTO陶瓷成功制備了電容-壓敏雙功能元件。電容