[發明專利]添加氧化鐿的反鐵電鋯鈦酸鉛電介質陶瓷

無效

• 申請號: 201110146548.3
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102285796A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 馬衛兵;肖飛;孫清池;張林
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明是關于以成分為特征的陶瓷組合物，尤其涉及反鐵電鋯鈦酸鉛電介質陶瓷。

背景技術

電介質材料是指電阻率大于10¹⁰Ω·cm的材料，是相對于金屬材料和半導體材料而區分的，電介質在電場中沒有穩定傳導電流通過而以感應的方式對外場做出相應的擾動物質。電介質材料的種類很多，包括絕緣材料、電容器材料和壓電材料等。電介質的特征是以正、負電荷重心不重合的電極化方式傳遞、存儲或記錄電的作用和影響，但其中起主要作用的是束縛電荷。其主要應用包括溫度補償電容器，熱穩定型電容器陶瓷材料和微波介電陶瓷等。

近年來隨著電子脈沖技術、高壓電技術以及電子元器件的小型化智能化的發展，要求電介質材料向著大容量、低損耗、高電阻、高耐壓的方向發展。

C?Kittle用雙子晶格模型來描述了反鐵電晶體的基本結構特征，與鐵電晶體一樣，反鐵電晶體子晶格中同樣存在離子位移自發極化，但是相鄰子晶格中離子自發極化的方向相反，所以反鐵電晶體的宏觀自發極化強度為零。鐵電體是比較優越的儲能材料，并不存在剩余極化，用它制成的儲能電容器具有儲能密度高和儲能釋放充分的優點。另外，反鐵電材料具有較高介電常數以及在一定高壓下介電常數進一步增大的特性，而且反鐵電材料的損耗小，電阻率比較大，擊穿場強也很高，所以反鐵電體陶瓷電介質材料擁有廣闊的應用空間。

隨著現代電子信息技術的飛速發展，對于性能優異電介質材料的開發和探索已成為各國研究的熱點問題，目前，在性能改進方面主要采用2種方法：一種是摻雜改性，即摻雜某種改性離子；另一種是改進制備工藝。

因為未摻雜的反鐵電Pb(Zr_0.95Ti_0.05)O₃電介質材料在居里溫度以上時，其介電性能變化較大，不能穩定在一定的溫度范圍，所以，通過添加Yb₂O₃，形成Pb_(1-x)Yb_(x)(Zr_0.95Ti_0.05)O₃多元化合物，再改變Yb₂O₃的含量，尋找一種介電性能良好的電介質材料。

發明內容

本發明的目的是，在現有技術的基礎上提供一種介電性能更好的電介質陶瓷，使其符合大容量、低損耗、高電阻、高耐壓的發展方向。

本發明通過以下技術方案予以實現：

添加氧化鐿的反鐵電鋯鈦酸鉛電介質陶瓷，其原料組分及其摩爾百分比含量為Pb_(1-x)Yb_(x)(Zr_0.95Ti_0.05)O₃，其中x＝0.0067～0.0267。

所述原料為Pb₃O₄，ZrO₂，TiO₂和Yb₂O₃。

所述電介質陶瓷是單一鈣鈦礦結構。

所述電介質陶瓷于1210℃～1290℃燒結，保溫2h，升溫速度為6℃/分鐘。

所述電介質陶瓷的制備方法采用傳統的固相合成方法。

所述電介質陶瓷在長達200℃的溫度范圍內相對介電常數穩定不變，具有很好的溫度穩定性。

本發明的有益效果是，提供了一種介電性能穩定、綜合性能良好的反鐵電PZT電介質陶瓷。本發明采用傳統的固相合成的方法，以反鐵電鋯鈦酸鉛(PZT)為基體，以Yb為摻雜劑得到了鋯鈦酸鐿鉛(PYZT)。得到了一種在長達200℃的溫度區間相對介電常數在7000左右，具有很好的溫度穩定性的電介質陶瓷，其電阻率達到7·10¹³Ω·cm，擊穿場強超10KV/mm。本發明的成分及工藝步驟簡單、易于操作、重復性好、成品率高。

附圖說明

圖1是本發明實施例3的樣品的X射線圖譜與反鐵電正交相的標準圖譜對比；

圖2是本發明實施例3的掃描電子顯微鏡SEM圖片；

圖3是本發明實施例1、2、3、4的PYZT體系的介電溫譜圖，并以Zr和Ti配比為95/5的PZT為參比。

具體實施方式

本發明采用市售的化學純原料(純度≥99％)，為Pb₃O₄，ZrO₂，TiO₂和Yb₂O₃。