Ca2+掺杂对SrTiO3压敏陶瓷介电损耗的影响

摘 要： 采用真空碳管炉烧结SrTiO3陶瓷的方法，研究以CaCO3作为改性添加剂对SrTiO3陶瓷介电损耗的影响，并对添加剂的作用机理进行了解释。实验结果表明加入适量CaCO3能降低样品介电损耗。在1 300 ℃的烧结温度下，未掺杂有 CaCO3的SrTiO3基电容?压敏陶瓷介电损耗tan δ最低为0.4，而掺杂有CaCO3的样品介电损耗有了显著变化，当CaCO3掺杂量2 mol%时，样品介电损耗tan δ为0.312。

关键词： 真空烧结； SrTiO3陶瓷； 介电损耗； 添加剂

中图分类号： TN310?34； TQ174 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）12?0100?03

SrTiO3陶瓷材料通过适当的掺杂以及生产工艺，能制备成具有电容?压敏功能的复合功能陶瓷。广泛用于制造晶界层电容器等电子元件。但是单独以SrTiO3陶瓷的介电损耗作为研究重点的文献报道很少，本文旨在探讨以CaCO3作为改性添加剂对SrTiO3基电容?压敏陶瓷介电损耗的影响，以达到制备低介电损耗的SrTiO3陶瓷的目的。同时本实验采用真空碳管炉烧结代替气氛烧结制备SrTiO3陶瓷，避免了以往实验通氢气和氮气带来的安全性[1?3]。

1 实验过程

1.1 试样制备

1.2 样品的测试

1.3 实验配方

实验选择的配方为：

2 实验结果分析

2.1 CaCO3掺杂对SrTiO3材料半导化的影响

由该缺陷反应式可以推导出氧挥发是一个扩散挥发的过程，先是从晶粒内部扩散到晶界， 然后得到电子，最后通过晶界扩散到环境。从氧的挥发过程说明SrTiO3 陶瓷材料的半导化不仅需要通过施主掺杂来完成，而且在烧结的过程中还要存在一个能促进氧挥发的环境，实验采用的是以石墨作为加热元件的真空碳管炉在真空条件下对材料进行热处理，该实验条件能促使氧的挥发，满足了样品半导化的环境条件，从而能够实现材料的半导化[9]。

从半导体理论进行分析，施主杂质Nb2O5的掺入，能减小SrTiO3陶瓷材料中 Sr2+的激活能，从而能诱使V″Sr空位的产生，进而削弱空位临近晶格的（Ti?O6）八面体的Ti?O结合键，在真空实验条件下，氧先由晶粒内部扩散到晶界，最后通过晶界挥发到环境中，从而最后实现样品半导化。SrTiO3陶瓷材料半导化过程通常要在1 400～1 550 ℃的高温度下进行，采用SiO2作为烧结助剂在烧结时可以产生液相，液相对晶粒产生较充分的润湿，可以减低烧结温度[10?12]。

2.2 不同氧化温度对掺杂CaCO3的SrTiO3材料介电损耗的影响

2.3 不同掺杂量的样品的扫描电镜图

3 结 论

（1）研究了CaCO3掺杂对SrTiO3基电容?压敏陶瓷介电损耗的影响，在该实验条件和实验配方中CaCO3含量为2 mol%时，样品的介电损耗最低。

（2）样品在1 350 ℃烧结，900 ℃氧化15 min的条件下介电常数为最高。

（3）氧化温度在大于900 ℃的情况下，氧化温度越高，介电常数越低。

参考文献

[1] 张小文，甘国友，严继康，等.TiO2压敏电阻的现状与展望[J].材料导报，2003（8）：41?43.

[2] 孔令兵，张良莹，姚熹.低压压敏电阻器材料与应用[J].功能材料，1998，29（3）：232?235.

[3] 王宁章，卢安栋，唐江波，等.真空低温烧结的SrTiO3复合功能陶瓷[J].材料导报，2011（16）：156?159.

[4] 刘浩杰，钟朝位，张树人.（Sr_（0.95）Ca_（0.05））TiO_3压敏电阻器的研究[J].电子元件与材料，2006（11）：21?23.

[5] 王豫，胡一凡，陈敏.碳化硅压敏电阻非线性机理研究[J].功能材料，1995，26（6）：521?523.

[6] 范积伟，黄海，夏良.氧化锡压敏陶瓷[J].功能陶瓷，2007，38（z2）：557?560.

[7] 李黎.氧化锌压敏电阻器的原理与应用[J].电工技术，1997（8）：45?49.

[8] 金泽龙.重要的电子陶瓷功能元件钛酸锶压敏电阻应用与发展[J].家用电器科技，1998（2）：28?29.

[9] 崔兵，贺锐.内燃机车电路感性负载过电压的抑制[J].内燃机车，2008（2）：28?30.

[10] 陈贞亮，杨金贤.纳米碳酸锶及其系列功能材料研究概述[J].盐湖研究，1999，7（2）：50?58.

[11] 曹全喜，周晓华，高锦秀，等.铜和碱金属影响压敏陶瓷性能的机理[J].压电与声光，2001，23（3）：186?188.

[12] 张帅谋，曹全喜.钛酸锶双功能元件固相合成工艺改进的研究[J].压电与声光，2009，31（1）：136?138.