CaCuMri,Ti40陶瓷的介电性能研究.docx

          CaCuMri,Ti40，陶瓷的介电性能研究                    娄本浊（陕西理工学院，汉中723003）摘要：本文利用固态反应法制备了CaCu3-xMnxTi4O12(x=0，0 2，04，0 6，0 8，1.0)陶瓷，并分析探讨了Mn0添加量对其介电性能的影响研究结果表明，Mn0的添加有助于CaCu3Ti4012相生成，且在高Mn0添加的情况下所得陶瓷晶粒尺寸较小Mn0的添加对CaCu3Ti4012的介电性能有非常不好的影响，少量的添加就会导致其介电常数由10000多降至只有数百在1000Hz前Mn0的添加会使陶瓷的介电损耗大幅上升，这表明Mn0添加有降低电阻的效果关键词：高介电材料；钙钛矿结构；CaCu3Ti4012；Mn0;介电性能1 引言电子元件的高性能与微型化是驱动微电子技术不断发展的动力，而高介电材料是电容器、滤波器、储存器等重要电子元件向高性能化和微型化方向发展的基础高介电材料一般是指其介电常数大于Si02的介电材料的泛称，它们一般是[来自wwW.lw5u.cOm]具有钙钛矿结构的铁电材料，介电常数均在1000以上，如BaT103、Pb(Zr，Ti) O3及(Ba，Sr)Ti03等然而这些材料的介电性质随温度而有较大的变化，致使元件的稳定性较差。

CaCu3Ti4012是最近几年备受关注的高介电材料，属立方晶系钙钛矿氧化物A DeschanVres等在1967年制备出CaCu3Ti4012陶瓷，但其优异的介电性质直到2000年才被M A Suhramanian等发现与传统钙钛矿结构的介电材料相比，CaCu3Ti4012制备工艺简单、烧结温度低，且不需添加其它杂质元素就可得到对温度敏感性较低，且具有巨大介电常数的特性，同时还具有强烈的非线性特征，使其成为制作高密度信息储存器、高介电容器和非线性元件等的潜力材料”由于目前没有研究讨论过添加剂对CaCu3Ti4012介电性能的影响，因此本文通过添加不同摩尔比例的Mn0，利用固态反应法来制备CaCu3Ti4012陶瓷，并且讨论Mn0添加量对其结构与介电性能的影响2实验内容本实验采用固态反应法制备了CaCU3-xMnxTi4012 (x=0，0 2，0 4，0 6，0 8，1.0)陶瓷样品首先，按相应化学计量比称取高纯度的Ca0、Cu0、T104与Mn0等粉末置于装有适量Zr02球的球磨机中，加入等重量的去离子水后湿式球磨24h获得浆料，然后将浆料放入烘箱中干燥24h：第二，将干燥后的粉末置于炉中煅烧，升温速率为5℃/min，煅烧温度为900℃，持温6h，然后自然冷却至室温：第三，将煅烧后的粉体研磨后与Zr02球、去离子水再次放入干燥箱中干燥24h，再在干燥后的粉末中加入1.5Wt%的PVA与少量去离子水搅拌均匀后烘干：第四，将上步所得粉体磨细并控制粒度为100目，利用单轴油压机以lOOkg/cm2的压力将所得粉粒压制成片状生坯：最后，为避免烧结时因黏结剂PVA快速挥发而造成孔洞、龟裂等不良现象，先以20C/min的升温速率加热至6000C，保温2h后再以50C/min的升温速率加热至llOOoC，保温8h后再以50C/min的速率降温即可制得所需陶瓷样品。

利用XRD-7000S/L型X射线衍射仪测量样品的晶体结构，利用SNE-4000型扫描电镜观测样品的微观形貌，利用AET型介电常数测试仪测量样品的介电特性3 结果分析与讨论3.1 X射线衍射分析图1为CaCu3_xMnxTi4012陶瓷样品的XRD图谱由图1可以看出，Mn0的添加有助于减少Ti02相的形成，而且随着Mn0添加量的增加也没有其它二次相产生这表明Mn0的添加有助于CaCU3Ti4012相的生成此外还可看出，20随Mn0添加量的增加向小角度偏移，即x=0时为61.4900：x=0.2时为61.4700：x=0.4时为61.4120：x=0.6时为61.3690：x=0.8时为61.3[来自W] 300：x=l.0时为61.1690由θ角的变化可以计算出晶格常数随Mn0添加量的变化规律，结果如图2所示由图2可以发现，陶瓷的晶格常数随Mn0添加量的增加而变大，即由x=0.0时的7.385A增至x=l.0时的7.421A3.2 SEM分析图3给出了在llOOoC烧结温度下制备的CaCu3_xMn一Ti4012陶瓷样品的SEM图由图3可以看出，当x<0.8时，添加Mn0对陶瓷晶粒大小的改变影响不大，晶粒尺寸基本维持在5～401xm之间；但当x≥0.8时，陶瓷晶粒尺寸开始变小且趋于均匀，约在l～lOlxm之间。

3.3介电常数分析图4表示的是外加1V电压时CaCu3_xMnxT14012陶瓷的介电常数随频率的变化规律由图4可以发现，在所测量的频率范围内，添加Mn0对陶瓷的介电常数有非常不好的影响，即x

4 结论CaCU3T14012作为一种重要的高介电材料，有希望在高密度信息储存器、高介电容器和非线性元件制作中取代BaT103，并获得广泛运用本文利用固态反应法制备了不同Mn0添加量的CaCU3T14012陶瓷，并且分析了这些陶瓷样品的微观结构与介电性能实验结果表明，Mn0的添加有助于CaCU3T14012相生成，且陶瓷的晶格常数随Mn0添加量增加而变大由SEM图得知高Mn0添加有助于生成均匀且细小的陶瓷晶粒Mn0的添加对陶瓷的介电常数有不利影响在低频处的高介电损耗已经远远超越介电损耗可接受的范围，用三用电表测量发现添加Mn0后陶瓷的电阻急剧变小，致使漏电流增大，进而令介电损耗增大；但对陶瓷的介电损耗几乎没有影响  -全文完-。