[發明專利]一種巨介電低損耗鈦酸鍶鋇陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201710128537.X
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN108530056B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 郭旺;黃集權;江亞彬;李國京;黃秋鳳;鄧種華;陳劍;劉著光;蘭海
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C04B35/465
• 分類號: C04B35/465;C04B35/626;C04B35/64
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本文公開了一種巨介電低損耗鈦酸鍶鋇陶瓷，其化學通式為Ba_1?xSr_xTiO₃，其中x為Sr的摩爾數，x的范圍為0x≤0.3。此外還公開了上述鈦酸鍶鋇陶瓷的制備方法。本發明方法制備得到的鈦酸鍶鋇陶瓷提高了鈦酸鋇陶瓷產品的介電常數，同時也降低了鈦酸鋇陶瓷產品的損耗，實現了鈦酸鋇陶瓷體系的突破，從而有效提高了鈦酸鋇陶瓷產品的儲能密度及綜合性能，拓展了其作為高壓儲能介電材料的應用領域，能夠極大地促進該體系材料的推廣和應用。

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，尤其涉及一種巨介電低損耗鈦酸鍶鋇陶瓷及其制備方法。

背景技術

隨著科技發展，各種設備的小型化及微型化給材料性能提出了更高要求，各種高介電、巨介電常數材料相繼被研發出來。室溫下鈦酸鋇(BaTiO₃)為四方相結構，是一種常見的鐵電材料，有著優良的介電性能，但是鈦酸鋇陶瓷的介電損耗難以通過一般工藝手段獲得較大降低，因此限制了鈦酸鋇材料的進一步發展。室溫下的鈦酸鍶陶瓷為立方相結構，具有較高的相對介電常數和較低的介電損耗，這些年來鈦酸鍶陶瓷極具發展潛力。

鈦酸鍶鋇作為鈦酸鋇與鈦酸鍶的無限固溶體，由于鈦酸鍶與鈦酸鋇均為ABO₃鈣鈦礦結構，因而鈦酸鍶鋇兼顧了鈦酸鋇的高介電性與鈦酸鍶的低損耗性的特點。通過對其晶胞結構分析發現在鈦酸鍶鋇的具體晶體結構中，Ba與Sr原子在晶胞的A位置隨機分布，且可以進行任意比例置換，在[TiO₆]八面體中的六個氧原子形成了比較大的空隙，致使中間的Ti⁴⁺可以進行一定的位移，這個位移會導致晶體內部電荷局部分布不均勻，產生自發極化。這目前使其成為了陶瓷電介質材料的研究熱門之一。

中國發明專利申請(申請號：201310115238)公布了一種鈦酸鍶鋇基介電溫度穩定型陶瓷電容器材料，其室溫介電常數大于4300，介電穩定性滿足X6R標準，但并未涉及損耗。中國發明專利申請(申請號：201510708432.2)也公開了一種鈦酸鍶鋇的燒結方法，該方法用溶膠凝膠法制備了鈦酸鋇粉體并在高溫燒結，制備出了高介電常數陶瓷，但該方法的工藝較為復雜，不僅要用溶膠凝膠法制備鈦酸鋇粉體，且需用馬弗爐進行高溫燒結，制備周期較長，耗能較大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種同時兼具高介電常數和較低損耗的鈦酸鍶鋇陶瓷(記為巨介電低損耗鈦酸鍶鋇陶瓷)，從而有效提高陶瓷產品的儲能密度，拓展其在作為高壓儲能介電材料領域。本發明的另一目的在于提供所述巨介電低損耗鈦酸鍶鋇陶瓷的制備方法。

本發明通過以下技術方案予以實現：

一種鈦酸鍶鋇陶瓷，其化學通式為Ba_1-xSr_xTiO₃，其中x為Sr的摩爾數，x的范圍為0x≤0.3。

作為示例性的實例，本發明的鈦酸鍶鋇陶瓷的化學通式優選如下：Ba_0.7Sr_0.3TiO₃、Ba_0.8Sr_0.2TiO₃或Ba_0.9Sr_0.1TiO₃。

本發明提供如上所述鈦酸鍶鋇陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)將原料SrCO₃、BaCO₃、TiO₂球磨混合，烘干后獲得混合粉料；

(2)所述混合粉料保溫得到鈦酸鍶鋇粉體，其化學通式為Ba_1-xSr_xTiO₃，其中x為Sr的摩爾數，x的范圍為0x≤0.3；

(3)將所述鈦酸鍶鋇粉體進行二次球磨后烘干造粒、壓制成型再經冷等靜壓得到陶瓷坯體；