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由于电子元件都进入小型化、微型化的发展,使得高介电材料在微电子工业中的应用越来越多。但由于材料尺寸效应,原有的一些材料所制作得微型电子器件无法达到其所需要的使用性能要求。因此,需要更高性能的介电材料来解决这类问题。在21世纪初,一种立方钙钛矿结构的CaCu3Ti4O12介电材料,由于其具有反常的巨介电常数(ε≈104~105)及其介电常数在较宽的温区范围内(100-400K)基本保持不变等特性,引起了人们的兴趣。由于其制作工艺简单,且烧结温度也不高,约为1000℃~1100℃上下,使其成为一种具有潜在实用价值的新型巨介电常数材料。但是该介电材料的介电损耗较大,而且在100K温度以下工作时,其介电常数值会急剧下降,最小时约为100,与原来相比减小了约3个数量级。这些不良性能影响了其成为实用材料,所以如何在提高CCTO材料介电常数的同时又能降低其介电损耗成为了材料科研工作者的研究目标。 本论文以CaCu3Ti4O12(简写CCTO)为基体陶瓷组元,采用传统电子陶瓷制备工艺和XRD、SEM等现代测试分析手段,研究了CCTO陶瓷的预烧温度、掺杂改性、配方比等对该介电陶瓷物相组成,显微结构以及介电性能的影响。通过对CCTO粉体的差热失重分析和XRD相结构分析以及对陶瓷的介电性能分析可知,950℃为最佳预烧温度,1060℃为最佳烧结温度。 稀土氧化物Nd2O3的掺杂并没有改变CCTO陶瓷的钙钛矿结构,但是过量掺杂会使CCTO衍射峰产生偏移并生出其他杂峰(氧化铜)。稀土氧化物的掺杂会使陶瓷的晶粒增大,气孔变小但是过量的掺杂也是使陶瓷的相中有第二相析出。稀土氧化物的加入使陶瓷的介电性能有了一定的提高,但是在降损方面影响不大。当钕的加入量为x=0.05时,样品的综合介电性能最佳:εr=137078,tanδ=0.207。 稀土氧化物Yb2O3的掺杂同样没有改变CCTO陶瓷的钙钛矿结构,但是过量掺杂会使CCTO衍射峰产生偏移并生出其他杂峰(氧化铜)。其掺杂会使陶瓷的晶粒增大,生长均匀,气孔变小但是过量的掺杂也是使陶瓷的相中有第二相析出。稀土氧化物的掺杂使陶瓷的介电性能有了一定的提高,但是在降损方面影响不大。当镱的加入量为x=0.08时,样品的综合介电性能最佳:εr=2.8×105,tanδ=0.231。 采用轻稀土氧化物Y2O3替代掺杂CCTO陶瓷,发现其掺杂同样没有改变CCTO陶瓷的钙钛矿结构,但是过量掺杂会使CCTO衍射峰产生偏移并生出其他杂峰(氧化铜)。其掺杂会使陶瓷的晶粒增大,生长均匀,气孔变小但是过量的掺杂也是使陶瓷的相中有第二相析出。其掺杂使陶瓷的介电性能有了一定的提高,但是在降损方面影响不大。当钇的加入量为x=0.2时,样品的综合性能最佳:εr=183503,tanδ=0.3108。 在Ba0.65Sr0.35TiO3(BST)化合物和Cr2O3及MgO对CCTO陶瓷的进行晶界掺杂后,没有改变其原有的钙钛矿结构,但是过量掺杂会使CCTO的衍射峰变小,主峰变得不明显,且有很多杂相衍射峰,析出物较多。BST化合物和Cr2O3及MgO的加入会使陶瓷的晶粒增大,气孔变小但是过量的掺杂也是使陶瓷的微观结构变差。BST化合物和Cr2O3及MgO的加入使陶瓷的介电性能有了一定的提高。当BST的加入量为0.2wt.%时,样品的综合性能最佳:εr=4376,tanδ=0.038。