[發明專利]一種鈦酸鋇基低損耗巨介電常數電介質材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810405786.3
• 申請日: 2018-04-29
• 公開（公告）號: CN108546115A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 李玲霞;王文波;張寧;盧特;王瑞杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622;C04B35/634;C04B35/638;C04B41/88
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

本發明公開了一種鈦酸鋇基低損耗巨介電常數電介質材料及其制備方法，原料組分及其摩爾比為BaCO₃：TiO₂：Nb₂O₅：NiO＝1：1：0.001～0.02：0.001～0.02，先將原料按比例進行配料，經球磨、烘干、過篩后，再外加7wt％的石蠟進行造粒，再壓制成型為坯體，坯體經過排膠，于還原氣氛爐中1320～1400℃進行燒結，制成鈦酸鋇基低損耗巨介電常數電介質材料。本發明通過調節燒結氣氛，材料性能達到介電常數ε_25℃～6.45×10⁴，介電損耗tanσ～0.0177。

技術領域

本發明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，具體涉及一種具有巨大介電常數同時擁有較低損耗的鈦酸鋇基電介質陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

隨著信息技術的發展，電介質材料以其優異的各項特性而普遍應用于汽車、航空航天以及核工業等技術領域。另外，信息行業(如電子和微電子)的快速發展也對電子元器件的微小型化和多功能化提出了越來越高的要求，電介質材料是電子元器件的重要組成部分，其研究和開發也一直廣受關注。作為電介質材料介電性能的重要參數，介電常數和介電損耗是其介電性能研究的重要對象，近幾年，對巨大介電常數(ε＞10⁴)、低介電損耗的電介質材料的研究成為信息功能材料研究領域的一大熱點。

目前，研究發現Nb₂O₅摻雜鈦酸鋇在N₂中退火處理后能得到巨大的介電常數，但該體系材料的介電損耗和絕緣特性方面仍有所不足；在空氣下燒結，NiO能夠減小鈦酸鋇基介質材料的損耗并提升其絕緣特性。通過兩種元素共同摻雜并調節燒結氣氛能得到各項性能均較好的鈦酸鋇基介質材料。

在還原氣氛(N₂/H₂)下燒結，有利于鈦酸鋇基陶瓷材料氧空位的產生，在這個過程中，為保證電荷平衡會產生電子。根據受、施主元素共同摻雜補償機制發現受、施主離子會形成特定結構以束縛自由電子，造成“電子釘扎現象”從而達到巨介電常數。通過調節燒結氣氛、通氣含量等以獲得性能最優的鈦酸鋇基巨介電常數電介質材料。

發明內容

本發明的目的，在于克服大多數巨介電常數材料體系中存在的損耗較高的問題，提供一種兼具巨介電常數與低損耗的鈦酸鋇基電介質材料及其制備方法，以期望開發出能滿足當今大容量電容器制備與應用要求的材料。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種鈦酸鋇基低損耗巨介電常數電介質材料，其原料組分及其摩爾比為BaCO₃：TiO₂：Nb₂O₅：NiO＝1：1：0.001～0.02：0.001～0.02，簡稱BN_0.001N_0.001～BN_0.02N_0.02；

上述鈦酸鋇基低損耗巨介電常數電介質材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)配料：將原料按摩爾比BaCO₃：TiO₂：Nb₂O₅：NiO＝1：1：0.001～0.02：0.001～0.02進行配料，混合球磨4小時后于100℃烘干，并過40目分樣篩；

(2)造粒：將步驟(1)過篩后的原料外加質量百分比為7wt％的石蠟作為粘結劑，過80目篩進行造粒，再用粉末壓片機壓制成坯體；

(3)排膠：將步驟(3)的坯體進行排膠；，