[發明專利]一種高介電常數類鈣鈦礦型壓敏陶瓷材料CaCu3Ti4O12的制備方法

有效

• 申請號: 201110287164.3
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102432062A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 王茂華;王秋麗;李剛;姚超
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;C04B35/462;C04B35/622
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種高介常數類鈣鈦礦型CaCu₃Ti₄O₁₂壓敏陶瓷材料的制備方法，屬于電子陶瓷制備及應用技術領域。

背景技術

CaCu₃Ti₄O₁₂(簡稱CCTO)壓敏陶瓷材料是類鈣鈦礦結構，是近年來發現的一種具有巨大介電常數的新型材料，CCTO具有優異的電學性能，包括反常的巨介電常數（ε≈10⁴~10⁵）和低的介電損耗(tanδ≈0.03)，特別是在室溫附近很寬的溫區內（100~400K）介電常數值幾乎不變，表明其具有良好的熱穩定性，同時，CCTO具有一定的電流-電壓非線性壓敏特征，CCTO材料的優異的電容-壓敏綜合性能，有可能成為替代目前ZnO壓敏陶瓷的新型過電壓防護材料，在過電流防護領域中獲得廣泛的應用。

CCTO壓敏陶瓷主要采用傳統的電子陶瓷方法制造，晶粒形態對燒結活性和陶瓷材料性能有著很大的影響，傳統的合成方法是高溫固相煅燒法，此法一般利用等摩爾CuO、TiO₂和CaCO₃的混合物為原料，進行高溫固相反應生成CCTO，然后再經粉碎、研磨等工序制得產品，但該法的問題在于合成溫度高而使制得的粉體粒度大、團聚嚴重和因混合不均勻導致產物化學組成不均勻,難以制備納米粉體材料，現代材料科學要求在發展新材料的同時，探索一種方法工藝簡單，成本低廉，低能耗，環境友好的合成路線來合成納米陶瓷粉體具有極其重要的科學和現實意義，所以探索新的制備工藝已成為研究和開發的熱點。

水熱法作為通過高溫高壓在水溶液或蒸汽中合成鈣鈦礦納米粉體的方法，已經廣泛應用于SrBi₂Ta₂O₉鐵電存儲器材料和Na_0.5Bi_0.5TiO₃無鉛壓電陶瓷粉體等的制備，水熱法具有能通過改變體系的物理化學條件，從而控制晶粒的顯微形貌和工藝較簡單，污染少，有助于提高粉體的各種性能的優點，因此，水熱法能夠改善鈣鈦礦的微觀結構均勻性、提高陶瓷致密度，從而提高產品性能穩定性，延長使用壽命，提高介電性能和改善壓敏性能等，但水熱法應用于制備CCTO壓敏陶瓷至今尚未報道。

因此，目前研究的重點是探索CCTO壓敏陶瓷材料的配方組成和制備工藝，降低壓敏陶瓷的燒結溫度，本發明以Cu、Ca的硝酸鹽及Ti(OC₄H₉)₄為起始原料，結合水熱法制備納米CCTO粉體，從而制得高性能CCTO壓敏陶瓷，以達到降低溫度和提高壓敏及介電特性的目的。

發明內容

本發明克服了傳統固相法以氧化物為原料制備CCTO粉體存在的能耗大、粉體粒度大、團聚嚴重和因混合不均勻導致產物化學組成不均勻等缺點，采用工藝簡單和能耗較低的水熱法，獲得具有純相的鈣鈦礦結構、粒徑均一的納米高介電性能類鈣鈦礦型CaCu₃Ti₄O₁₂粉體及壓敏陶瓷。

本發明所采用的方法涉及到許多因素，如反應物的配比、反應溫度、反應時間、pH值，以及裝料的填充度等，它包括以下步驟：

1、納米CaCu₃Ti₄O₁₂粉體的制備