Influência do eutético CuO–TiO₂ nas propriedades estruturais, microestruturais e dielétricas de cerâmicas de CaCu₃Ti₄O₁₂.

Abstract

Cerâmicas de CaCu₃Ti₄O₁₂ (CCTO) caracterizam-se por apresentar extraordinários valores de constante dielétrica (κ > 10⁴) que são decorrentes da presença de uma camada isolante de fase eutética CuO–TiO₂ segregada nos contornos de grãos, de acordo com o modelo IBLC (Internal boundary layer capacitor). Para avaliar a influência desta fase sobre as propriedades estruturais, microestruturais e dielétricas das cerâmicas de CCTO, cerâmicas de CaCuₓTiyO₁₂ onde 2,7 ≤ X ≤3,3 e 3,25 ≤ Y ≤ 4,75 (CCₓTyO) foram preparadas pelo método de coprecipitado a partir dos precursores Ti(OC₄H₉)₄, CaCO₃ e Cu(NO₃)₂.3H₂O. Os materiais produzidos a partir de cada composição foram calcinados a 850°C durante 120min e, posteriormente, foram compactados uniaxialmente com uma pressão de 80MPa, para conformar pastilhas com 12mm de diâmetro e 1,5mm de espessura. As análises térmicas diferencial (ATD), termogravimétrica (TG) e dilatométrica auxiliaram na avaliação dos processos térmicos de decomposição do coprecipitado, da formação das fases cristalinas e na evolução de fases líquidas, respectivamente. A sinterização das pastilhas foi realizada a 1050°C durante 120min. As densidades das cerâmicas foram determinadas através dos métodos geométricos e de Arquimedes. A avaliação estrutural das cerâmicas foi realizada por difração de raios X (DRX), assim como também para obter a semiquantificação das fases presentes tanto nos pós como nas cerâmicas sinterizadas. As caracterizações microestruturais das cerâmicas foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) associadas à espectroscopia de energia dispersiva (EDS), sendo possível observar a formação e a evolução da fase CuO–TiO₂ nos contornos de grãos e a sua influência no tamanho e morfologia dessas fases. A avaliação das propriedades dielétricas foi realizada por meio da técnica de espectroscopia de impedância (EI) de 20Hz até 5MHz a temperatura ambiente, mostrando como a variação da composição interferiu nos valores da constante dielétrica (κ) e do fator de dissipação dielétrica (tanδ) das cerâmicas. A cerâmica CC₃,₂T₄,₅₀O apresentou a maior densificação, em torno de 90,2% da densidade teórica. Os compostos associados com teores altos de fases secundárias CuO/CuO₂ e TiO₂ apresentaram os maiores valores de tanδ (~0,25). As cerâmicas CC₂,₉T₃,₇₅O, juntamente com as CC₃,0T₄,₀₀O, apresentaram os menores valores de tanδ (0,090 e 0,096, respectivamente). Os maiores valores de κ (2,1x10⁴ a 1,0kHz) foram obtidos para amostras do composto CC₂,₉T₃,₇₅O.