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铜钛氧化物的烧结特性及介电性能研究

张慧利  
【摘要】:本论文主要采用固体粉末高温烧结法研究了CaCu3Ti4O12陶瓷(CCTO)合成与烧结的过程以及烧结对介电性能的影响;还研究了Na+、La3+、K+、Co3+、Nb5+、Sr2+和Cu2+离子掺杂对材料介电性能的影响。 合成时间和合成温度都对反应进程有影响,但合成温度起着决定性的作用。在两次合成中间加入球磨也会促进反应进行。所以在本次实验中采用在800℃与1000℃两次合成中间加一次球磨的方法合成CCTO。烧结温度过高或过低会使材料中存在气孔,导致介电性能下降。 在CaCu3(1+x)Ti4O12陶瓷材料中,1080℃烧结的试样性能最好。损耗基本上随着Cu过量浓度的增加而下降,当Cu过量浓度达到0.08mol时损耗最低为5-6%(1kHz)。 在AxCa(1-x)Cu3Ti4O12(A= Na+、K+)陶瓷材料中,A+离子的添加使CCTO材料的烧结温度提高了,其介电常数也有所提高,材料的损耗减小,同时使得电容变化率增大,在规定温度范围内介电性能变差。 在LaxCa(1-x)Cu3Ti4O12陶瓷材料中,La3+离子取代会使材料损耗增加,而材料的介电常数和损耗随温度变化有减缓的趋势。 在CaCu3Ti4(1-x)Co4xO12陶瓷材料中,掺杂后的损耗比掺杂前高很多,虽然介电系数很高但是这可能是损耗引起的。所以Co掺杂后的CCTO的介电性能不好。 在CaCu3Ti4(1-x)Nb4xO12陶瓷材料中,随着烧结温度的升高材料的介电常数和损耗都急剧下降,介电系数可达3-4千但损耗仍高达10%左右。 在NaxCa(1-x)Cu3.08Ti4O12陶瓷材料中,随着烧结温度的升高材料的介电系数下降损耗上升介电性能变坏,随着掺杂浓度的增加介电系数和损耗下降介电系数为2万左右损耗为5-6%,这样的性能相对Na+离子单独掺杂来说较好。 另外,本文还采用神经网络对实验数据分析,拟和出介电常数和损耗随掺杂浓度变化的曲线。


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