Παραγωγή Και Χαρακτηρισμός Κεραμικών Υλικών Tio2-al2o3: Έμφαση Στις Διηλεκτρικές Εφαρμογές

Abstract

Η εργασία αυτή ερευνά τις διηλεκτρικές ιδιότητες κονίας διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) είτε σε καθαρή μορφή, είτε αναμειγμένη με τριοξείδιο του αλουμινίου (Al2O3). Γίνεται αναφορά στην κρυσταλλική δομή, τις ιδιότητες και μεθόδους επεξεργασίας των κεραμικών υλικών και παρουσιάζονται οι τρόποι παρασκευής, οι διάφοροι τύποι και οι εφαρμογές των προς μελέτη κεραμικών υλικών TiO2 και Al2O3.Οι κονίες αυτές μορφοποιήθηκαν με ισοστατική συμπίεση σε κυλινδρικά δισκία. Εν συνεχεία υπέστησαν θερμική κατεργασία, η επίδραση της οποίας μελετήθηκε με κύριο γνώμονα το μετασχηματισμό της κρυσταλλικής δομής από ανατάση σε ρουτίλιο. Ο κρυσταλλικός χαρακτηρισμός των δειγμάτων έγινε με την μέθοδο της περίθλασης ακτινών Χ (X-ray diffraction - XRD). Κατόπιν, εφαρμόζοντας τη μέθοδο Spurr-Myers προσδιορίστηκε προσεγγιστικά το ποσοστό της κρυσταλλικής δομής που είχε μετατραπεί από ανατάση σε ρουτίλιο. Η μελέτη ολοκληρώθηκε με την καταγραφή των διηλεκτρικών ιδιοτήτων του οξειδίου του τιτανίου υποκείμενο σε φάσμα συχνοτήτων, διαδικασία που ονομάζεται διηλεκτρική φασματοσκοπία. Με τη χρήση του ισοδύναμου παράλληλου κυκλώματος χωρητικότητας-αγωγιμότητας (Cp-G) μετρήθηκαν η μιγαδική σχετική διηλεκτρική σταθερά k*, που αποτελείται από το πραγματικό μέρος (k΄: σχετική διηλεκτρική σταθερά ή επιτρεπτότητα) και το φανταστικό μέρος (k΄΄), και η εφαπτομένη απωλειών (tanδ) στην περιοχή συχνοτήτων από 20 Hz έως 1MHz.Από τα πειραματικά δεδομένα προκύπτει ότι η παράμετρος της θερμικής επεξεργασίας είναι καθοριστική. Το διοξείδιο του τιτανίου με θέρμανση σε θερμοκρασία μεγαλύτερη ή ίση των 925oC, και σταθερό το χρόνο παραμονής, παρουσιάζει σημαντική μεταβολή στην κρυσταλλική δομή και από τον πολυμορφισμό του ανατάση, που είναι αρχικά η κονία, μετατρέπεται σε ρουτίλιο. Το φαινόμενο της μεταβολής ενισχύεται περεταίρω με αυξανόμενη πρόσμιξη στο TiO2 με Al2O3. Από την άλλη, τα διηλεκτρικά χαρακτηριστικά μεταβάλλονται σημαντικά με τη συχνότητα. Αυτό οφείλεται στους μηχανισμούς πόλωσης που εξασθενούν με την αύξηση της συχνότητας και έτσι μειώνονται τα k΄ και k΄΄. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, , η σχετική διηλεκτρική σταθερά μειώνεται σε κάθε συχνότητα της περιοχής μελέτης λόγω του φαινομένου της πυροσυσσωμάτωσης. Η καμπύλη των απωλειών εμφανίζει τοπικά μέγιστα τα οποία οφείλονται σε φαινόμενα συντονισμού. Τέλος, η δημιουργία μείγματος TiO2 και Al2O3 οδηγεί σε μικρή αύξηση των διηλεκτρικών χαρακτηριστικών. Τα k΄, k΄΄ και η εφαπτoμένη απωλειών παρουσιάζουν ελαφρώς υψηλότερες τιμές από τα αντίστοιχα μεγέθη του TiO2 στην καθαρή του μορφή.