CaCu3Ti4O12介电陶瓷的制备与性能研究

论文摘要

本论文采用固相反应法制备CaCu3Ti4O12 (CCTO)陶瓷材料,合成了CCTO并制备了陶瓷。研究了纯度、气氛对材料结构和性能的影响。同时利用放电等离子烧结法制备CCTO陶瓷材料,并研究不同烧结温度、升温速率、保温时间及煅烧粉体气氛烧结制备的CCTO陶瓷的介电性能和显微镜结构。实验表明合成CCTO粉体的纯度越高,制备CCTO陶瓷材料越致密,介电常数越高,介电损耗越低。实验证明在流动气氛烧结制备的材料晶粒较大,介电损耗更小,具有更高的密度。空气合成粉体在空气中烧结制备的CCTO陶瓷1000Hz下的介电常数达到了6000以上,介电损耗仅为0.143。通过阻抗谱和等效电路分析,证明经放电等离子烧结的CCTO陶瓷具有半导化晶粒和晶界是导致材料的高介电常数的原因,SPS烧结温度为760℃,20MPa压力条件下,保温时间为3min,制备出的CCTO陶瓷1000Hz下介电常数达到600000。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 电介质材料的基本概念和高介电常数材料
• 1.1.1 电介质
• 1.1.2 介电常数
• 1.1.3 介电损耗
• 3Ti₄O₁₂材料的性质及研究现状'>1.2 CaCu₃Ti₄O₁₂材料的性质及研究现状
• 1.3 本课题的研究意义及目的
• 2 实验内容和研究方法
• 2.1 实验原料及CCTO陶瓷的制备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 制备过程
• 2.2 CCTO陶瓷的物相与结构表征
• 2.2.1 物相分析
• 2.2.2 显微结构观察
• 2.3 CCTO陶瓷的性能测试
• 2.3.1 密度测试
• 2.3.2 介电常数和介电损耗的测定
• 2.3.3 阻抗谱分析
• 2.4 实验设备和仪器
• 3 纯度对CCTO陶瓷材料结构和性能的影响
• 3.1 不同纯度CCTO粉体的合成
• 3.2 粉体纯度对CCTO陶瓷相组成的影响
• 3.3 粉体纯度对CCTO陶瓷性能的影响
• 3.3.1 粉体纯度对CCTO陶瓷密度的影响
• 3.3.2 粉体纯度对CCTO陶瓷介电性能的影响
• 3.4 粉体纯度对CCTO陶瓷显微结构的影响
• 3.5 小结
• 4 气氛对CCTO陶瓷材料结构和性能的影响
• 4.1 空气、氧气和真空气氛下CCTO粉体的预煅烧
• 4.1.1 空气中合成粉体
• 4.1.2 氧气中合成粉体
• 4.1.3 真空中合成粉体
• 4.1.4 晶格常数分析计算
• 4.2 在空气和氧气中烧结制备CCTO陶瓷
• 4.2.1 不同气氛CCTO陶瓷的密度
• 4.2.2 不同气氛烧结陶瓷的物相分析
• 4.2.3 晶格常数计算
• 4.3 不同气氛制备的CCTO陶瓷材料的介电性能
• 4.3.1 合成粉体气氛对材料介电性能的影响
• 4.3.2 烧结气氛对材料介电性能的影响
• 4.4 不同气氛制备的CCTO陶瓷材料的显微结构
• 4.5 小结
• 5 放电等离子烧结制备CCTO的结构和性能
• 5.1 不同烧结条件下材料的收缩过程
• 5.1.1 烧结温度对材料烧结收缩的影响
• 5.1.2 保温时间对材料烧结收缩的影响
• 5.1.3 升温速率对材料烧结收缩的影响
• 5.2 不同烧结条件下CCTO陶瓷的相组成
• 5.3 不同烧结条件下CCTO陶瓷的结构与性能
• 5.3.1 烧结温度对CCTO陶瓷材料结构和性能的影响
• 5.3.2 保温时间对CCTO陶瓷材料结构和性能的影响
• 5.3.3 升温速率对CCTO陶瓷材料结构和性能的影响
• 5.3.4 预煅烧合成气氛对CCTO陶瓷材料结构和性能的影响
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A
• 索引
• 作者简历
• 学位论文数据集