碲酸盐玻璃掺杂CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的研究

摘要

CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷具有极高的介电常数，优异的频率及温度稳定性，使其在小型化电子器件中有极大的潜在作用，受到了国内外研究者广泛的关注。但是高的介电损耗和敏感的工艺稳定性限制了 CCTO 陶瓷在电子元器件中的应用。本论文以CaCO3、CuO、TiO2为原料，通过固相反应法制备CCTO巨介电陶瓷；以CaCO3、TeO2、H3BO3、ZnO、SrCO3和BaCO3为原料，采用高温熔制法制备碲酸盐玻璃。借助XRD、FESEM、EDS、FI-IR、介电性能测试等分析手段，研究了CCTO粉体合成（煅烧温度和保温时间）对CCTO陶瓷的相组成、微观结构和介电性能的影响；研究了碲酸盐玻璃的组成、结构及性能；研究了碲酸盐玻璃掺杂CCTO陶瓷的掺量、烧结条件对其相组成、显微形貌、介电性能的影响。　　结果表明，合成温度对CCTO粉体的纯度、晶粒尺寸与结晶度影响大，合成保温时间的影响较小，合成高纯度的CCTO粉体的较佳条件为950-1030℃煅烧2h；CCTO粉体的合成条件会对其陶瓷显微结构和介电性能产生影响，合成温度影响大，保温时间的影响相对较小，较佳的合成工艺为950℃煅烧12h。　　55TeO2-21B2O3-10ZnO-4CaO-5SrO-5BaO 系玻璃具有较低的介电损耗，在 10kHz时，其介电损耗为0.0046，介电常数为11.15；增加ZnO含量，降低TeO2含量，碲酸盐玻璃中[TeO4]基团减少，[TeO3]基团增多，结构疏松，介电常数增加，介电损耗先减小后增加；CaO含量从4mol%增加到8mol%，对应TeO2由61mol%减少到57mol%，碲酸盐玻璃的[TeO4]基团减少，[TeO3]基团增加，结构疏松，介电常数损耗均增加；B2O3含量增加，对应 TeO2减少，碲酸盐玻璃的[TeO4]基团和[BO3]基团减少，[TeO3]基团和[BO4]基团增加，总体网络体结构变得紧密，介电常数损耗均减小。　　粗晶CCTO粉体的较佳制备条件为1080℃煅烧2h。碲酸盐玻璃的加入促进CCTO陶瓷的烧结，陶瓷致密度提高，晶粒尺寸增大，介电损耗显著降低；碲酸盐玻璃的较佳掺量为20vol%，在这个掺量下CCTO陶瓷在常温10kHz下介电常数为11343，介电损耗为 0.063；碲酸盐玻璃掺杂能有效降低 CCTO 陶瓷的烧结温度和时间，较佳条件为1030℃烧结2h。

目录

声明

1 绪论

1.1电介质材料的极化和介电常数

1.1.1 电介质极化

1.1.2 介电常数和介电损耗

1.2 CCTO介电陶瓷的研究现状

1.2.1 CCTO结构与性能

1.2.2 CCTO陶瓷巨介电系数的机制

1.2.3 CCTO陶瓷的制备

1.2.4 CCTO陶瓷的掺杂改性

1.3研究目的与意义

1.4研究内容与创新点

1.4.1 研究内容

1.4.2 创新点

2 实验

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备

2.2 样品制备

2.2.1 碲酸盐玻璃的制备

2.2.2 CCTO陶瓷的制备

2.3表征与性能测试

（4）介电性能分析

3 CCTO的合成对其陶瓷结构和性能的影响

3.1煅烧温度对CCTO陶瓷的影响

3.1.1 煅烧温度对CCTO粉体相结构的影响

3.1.2 煅烧温度对CCTO粉体显微结构的影响

3.1.3 煅烧温度对CCTO陶瓷相结构的影响

3.1.4 煅烧温度对CCTO陶瓷显微结构的影响

3.1.5 煅烧温度对CCTO陶瓷介电性能的影响

3.1.6 煅烧温度对CCTO陶瓷阻抗谱的影响

3.2煅烧时间对CCTO陶瓷的影响

3.2.1 煅烧时间对CCTO粉体相结构的影响

3.2.2 煅烧时间对CCTO粉体显微结构的影响

3.2.3 煅烧时间对CCTO陶瓷相结构的影响

3.2.4 煅烧时间对CCTO陶瓷显微结构的影响

3.2.5 煅烧时间对CCTO陶瓷介电性能的影响

3.3小结

4 低介电损耗碲酸盐玻璃的制备

4.1实验配方及样品制备

4.1.1 实验配方

4.1.2 样品制备

4.2结果讨论与分析

4.2.1 TeO2-ZnO对碲酸盐玻璃性能的影响

4.2.2 TeO2-CaO对碲酸盐玻璃性能的影响

4.2.3 TeO2-B2O3对碲酸盐玻璃性能的影响

4.3 小结

5 碲酸盐玻璃掺杂CCTO陶瓷性能的影响

5.1煅烧温度及时间对合成大晶粒CCTO粉末的影响

5.1.1 煅烧温度的影响

5.1.2 煅烧时间的影响

5.2碲酸盐玻璃掺杂CCTO陶瓷

5.2.1 实验配方及制备

5.2.2 碲酸盐玻璃粉含量对CCTO陶瓷结构及性能的影响

5.2.3 烧结温度对碲酸盐玻璃掺杂CCTO陶瓷结构及性能的影响

5.2.4 烧结时间对碲酸盐玻璃掺杂CCTO陶瓷结构及性能的影响

5.3小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果