Ca2+摻雜對SrTiO3壓敏陶瓷介電損耗的影響

摘 要： 采用真空碳管爐燒結SrTiO3陶瓷的方法，研究以CaCO3作為改性添加劑對SrTiO3陶瓷介電損耗的影響，并對添加劑的作用機理進行了解釋。實驗結果表明加入適量CaCO3能降低樣品介電損耗。在1 300 ℃的燒結溫度下，未摻雜有 CaCO3的SrTiO3基電容?壓敏陶瓷介電損耗tan δ最低為0.4，而摻雜有CaCO3的樣品介電損耗有了顯著變化，當CaCO3摻雜量2 mol%時，樣品介電損耗tan δ為0.312。

關鍵詞： 真空燒結； SrTiO3陶瓷； 介電損耗； 添加劑

中圖分類號： TN310?34； TQ174 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0100?03

SrTiO3陶瓷材料通過適當的摻雜以及生產工藝，能制備成具有電容?壓敏功能的復合功能陶瓷。廣泛用于制造晶界層電容器等電子元件。但是單獨以SrTiO3陶瓷的介電損耗作為研究重點的文獻報道很少，本文旨在探討以CaCO3作為改性添加劑對SrTiO3基電容?壓敏陶瓷介電損耗的影響，以達到制備低介電損耗的SrTiO3陶瓷的目的。同時本實驗采用真空碳管爐燒結代替氣氛燒結制備SrTiO3陶瓷，避免了以往實驗通氫氣和氮氣帶來的安全性[1?3]。

1 實驗過程

1.1 試樣制備

1.2 樣品的測試

1.3 實驗配方

實驗選擇的配方為：

2 實驗結果分析

2.1 CaCO3摻雜對SrTiO3材料半導化的影響

由該缺陷反應式可以推導出氧揮發是一個擴散揮發的過程，先是從晶粒內部擴散到晶界， 然后得到電子，最后通過晶界擴散到環境。從氧的揮發過程說明SrTiO3 陶瓷材料的半導化不僅需要通過施主摻雜來完成，而且在燒結的過程中還要存在一個能促進氧揮發的環境，實驗采用的是以石墨作為加熱元件的真空碳管爐在真空條件下對材料進行熱處理，該實驗條件能促使氧的揮發，滿足了樣品半導化的環境條件，從而能夠實現材料的半導化[9]。

從半導體理論進行分析，施主雜質Nb2O5的摻入，能減小SrTiO3陶瓷材料中 Sr2+的激活能，從而能誘使V″Sr空位的產生，進而削弱空位臨近晶格的（Ti?O6）八面體的Ti?O結合鍵，在真空實驗條件下，氧先由晶粒內部擴散到晶界，最后通過晶界揮發到環境中，從而最后實現樣品半導化。SrTiO3陶瓷材料半導化過程通常要在1 400～1 550 ℃的高溫度下進行，采用SiO2作為燒結助劑在燒結時可以產生液相，液相對晶粒產生較充分的潤濕，可以減低燒結溫度[10?12]。

2.2 不同氧化溫度對摻雜CaCO3的SrTiO3材料介電損耗的影響

2.3 不同摻雜量的樣品的掃描電鏡圖

3 結 論

（1）研究了CaCO3摻雜對SrTiO3基電容?壓敏陶瓷介電損耗的影響，在該實驗條件和實驗配方中CaCO3含量為2 mol%時，樣品的介電損耗最低。

（2）樣品在1 350 ℃燒結，900 ℃氧化15 min的條件下介電常數為最高。

（3）氧化溫度在大于900 ℃的情況下，氧化溫度越高，介電常數越低。

參考文獻

[1] 張小文，甘國友，嚴繼康，等.TiO2壓敏電阻的現狀與展望[J].材料導報，2003（8）：41?43.

[2] 孔令兵，張良瑩，姚熹.低壓壓敏電阻器材料與應用[J].功能材料，1998，29（3）：232?235.

[3] 王寧章，盧安棟，唐江波，等.真空低溫燒結的SrTiO3復合功能陶瓷[J].材料導報，2011（16）：156?159.

[4] 劉浩杰，鐘朝位，張樹人.（Sr_（0.95）Ca_（0.05））TiO_3壓敏電阻器的研究[J].電子元件與材料，2006（11）：21?23.

[5] 王豫，胡一凡，陳敏.碳化硅壓敏電阻非線性機理研究[J].功能材料，1995，26（6）：521?523.

[6] 范積偉，黃海，夏良.氧化錫壓敏陶瓷[J].功能陶瓷，2007，38（z2）：557?560.

[7] 李黎.氧化鋅壓敏電阻器的原理與應用[J].電工技術，1997（8）：45?49.

[8] 金澤龍.重要的電子陶瓷功能元件鈦酸鍶壓敏電阻應用與發展[J].家用電器科技，1998（2）：28?29.

[9] 崔兵，賀銳.內燃機車電路感性負載過電壓的抑制[J].內燃機車，2008（2）：28?30.

[10] 陳貞亮，楊金賢.納米碳酸鍶及其系列功能材料研究概述[J].鹽湖研究，1999，7（2）：50?58.

[11] 曹全喜，周曉華，高錦秀，等.銅和堿金屬影響壓敏陶瓷性能的機理[J].壓電與聲光，2001，23（3）：186?188.

[12] 張帥謀，曹全喜.鈦酸鍶雙功能元件固相合成工藝改進的研究[J].壓電與聲光，2009，31（1）：136?138.