ผลของการเติมสารเจือต่อสมบัติของเซรามิกแคลเซียมคอปเปอร์ไททาเนต ที่เตรียมโดยวิธีเกลือหลอมเหลว

Abstract

In this research, study effect of additives on properties of CCTO ceramics namely Ca1-xLaxCu3Ti4O12+x/2 (CLCTO) various x = 0.05-0.1 by mol, CaCu3Ti4-xYxO12-x/2 (CCTYO) and CaCu3Ti4-xZrxO12-x/2 (CCTZO) were various x = 0.01-0.05 by mol, these powders were synthesis with molten salt method. All powders were calcined at 800oC for 8 hours and sintered at 1050-1080oC for 8 hours. The phase structure was examined by X-ray diffraction technique (XRD) and the microstructure was examined by scanning electron microscope (SEM). The density was measured by Archimedes method. For dielectric property measurement, silver electrodes were pasted on the samples and then subjected to an automated dielectric system measurement controlled by LCZ meter with a computer, measured at 1, 10, 100, 500 and 1000 kHz and various measurement temperature at 35-450oC. The mechanical property was examined by micro-hardness and then the fracture toughness was calculated. It was found that, All XRD patterns of all ceramics display a cubic perovskite structure. These patterns could be matched with a JCPDS file number 75-2188. The microstructures of all ceramics were rather rectangular appearance, and the average grains size was increased with increasing sintering temperature. The highest density of all ceramic was found at 1050oC with sintering temperature. The dielectric constant and dielectric loss of all ceramics sintered at 1050oC were found quite stable at 35-150oC but the dielectric constant was decreased with increased the frequency measurement. The dielectric constant of Ca1-xLaxCu3Ti4O12+x/2 (x = 0.07), CaCu3Ti4-xYxO12-x/2 (x = 0.01) and CaCu3Ti4-xZrxO12-x/2 (x = 0.01) at room temperature with 1 kHz frequency were found 8067, 13940 and 12902, respectively and their dielectric loss was 0.04 of all samples. The Vickers micro-hardness of all ceramics was close to each other in ranges 8-11 GPa and the fracture toughness was close together approximately 1.32-2.68 MPa·m1/2.

ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาสมบัติของเซรามิก CCTO ที่เติมสารเจือ ได้แก่ Ca1-xLaxCu3Ti4O12+x/2 (CLCTO) แปรค่า x = 0.05-0.1 โดยโมล CaCu3Ti4-xYxO12-x/2 (CCTYO) และ CaCu3Ti4-xZrxO12-x/2 (CCTZO) แปรค่า x = 0.01-0.05 โดยโมล ที่สังเคราะห์ผงผลึกด้วยวิธีเกลือหลอมเหลว เผาแคลไซน์ ณ อุณหภูมิ 800oC เป็นเวลา 8 ชั่วโมง และเผาซินเตอร์ ณ อุณหภูมิ 1050-1080oC เป็นเวลา 8 ชั่วโมง ตรวจสอบโครงสร้างเฟสด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ และโครงสร้างจุลภาคด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ตรวจสอบหาความหนาแน่นโดยใช้วิธีอาร์คิมีดีส ตรวจสอบสมบัติไดอิเล็กทริกโดยการทำขั้วด้วยกาวเงินและใช้เครื่อง LCZ ต่อพ่วงกับคอมพิวเตอร์เพื่อเก็บข้อมูลอัตโนมัติ ใช้ความถี่ในการวัด 1, 10, 100, 500 และ 1000 kHz และแปรค่าอุณหภูมิในการวัด 35-450oC ตรวจสอบสมบัติเชิงกลด้วยเครื่องวัดความแข็งระดับจุลภาค และหาค่าความต้านทานต่อรอยแยก พบว่าเซรามิกทั้งหมดมีโครงสร้างเฟสเป็นแบบคิวบิกเพอรอฟสไกด์ สอดคล้องกับข้อมูลมาตรฐาน หมายเลข 75-2188 เกรนของเซรามิกทั้งหมดมีลักษณะค่อนข้างเป็นทรงเหลี่ยม ขนาดของเกรนใหญ่ขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการเผาซินเตอร์มากขึ้น และเซรามิกทั้งหมดมีความหนาแน่นสูงสุดเมื่อเผาซินเตอร์ ณ อุณหภูมิ 1050oC ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและค่าการสูญเสียไดอิเล็ก ทริกของเซรามิกที่เผาซินเตอร์ ณ อุณหภูมิ 1050oC มีค่าค่อนข้างคงที่ ณ ช่วงอุณหภูมิในการวัด ที่ 35-150oC แต่เมื่อความถี่ในการวัดสูงขึ้นจะทำให้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกลดลง ณ อุณหภูมิห้อง ที่ความถี่ 1 kHz เซรามิก Ca1-xLaxCu3Ti4O12+x/2 (x = 0.07), CaCu3Ti4-xYxO12-x/2 (x = 0.01) และ CaCu3Ti4-xZrxO12-x/2 (x = 0.01) มีค่าการสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำสุดเท่ากันอยู่ที่ 0.04 และมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเป็น 8067, 13940 และ 12902 ตามลำดับ เซรามิกในแต่ละเงื่อนไข มีค่าความแข็งระดับจุลภาคแบบวิกเกอร์ ใกล้เคียงกันในช่วง 8-11 GPa และจากค่าความต้านทานต่อรอยแยกของเซรามิกทั้งหมด มีค่าใกล้เคียงกันประมาณ 1.32-2.68 MPa·m1/2