[發明專利]一種巨介電CCTO陶瓷的還原-再氧化制備方法

在審

• 申請號: 202210813020.5
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN114956805A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 祖昊;何曉娟;張勝;黃慧;王傳豐;劉慧;邊健;豐遠;嚴亮
• 申請（專利權）人: 合肥學院
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/622;C04B35/638
• 代理公司: 北京康達聯禾知識產權代理事務所(普通合伙) 11461
• 代理人: 尚婷

本發明涉及電子陶瓷元器件領域，公開了一種巨介電CCTO陶瓷的還原?再氧化制備方法，配方中添加少量BN液相燒結助劑以降低燒結溫度，同時，配方中可額外添加包含Al、Mg、Ni等元素中的一種或多種元素，以調節介電常數與介電損耗；本發明首先采用惰性氣體或惰性氣體與氫氣的混合氣體燒結，同時，結合埋粉或密封燒結，以阻止CCTO陶瓷材料分解并成瓷；然后，結合低溫再氧化處理，獲得的CCTO陶瓷具備巨介電、低損耗的良好電學性能；本發明所采用的還原?再氧化法制備工藝，可推進基于CCTO陶瓷材料的多層片式元件采用賤金屬Ni/Cu替代貴金屬Pd/Ag作為內電極，有利于降低多層片式元件的制作成本，適于大規模生產。

技術領域

本發明涉及電子陶瓷元器件領域，具體涉及一種巨介電CCTO陶瓷的還原-再氧化制備方法。

背景技術

21世紀以來，電子信息產業得到了飛速發展，產品設計日新月異，集成度越來越高，可靠性要求日益嚴苛。作為電子信息產業基礎，集成電路時刻面臨著嚴峻的瞬態過壓威脅，導致半導體器件失效或損壞難題。尤其是隨著芯片集成度的不斷提高，高頻、高壓浪涌的危害日益顯著，浪涌保護設計越來越關鍵和重要。如今，面臨復雜的高頻、高壓浪涌威脅，簡單的集成壓敏電阻的電路設計已難以獲得可靠的浪涌保護。采用壓敏-電容聯合應用的保護電路設計，已然成為克服高頻、高壓浪涌的有效解決方案。

集壓敏效應與電容效應于一體的多功能CCTO陶瓷受到了廣泛地關注。其介電常數可達10⁴以上，同時，Chung在Nature Materials上提出其壓敏系數高達900以上。自1967年被報道以來，研究人員已構筑了系列巨介電、低損耗以及高壓敏性能的CCTO陶瓷體系，研制出基于貴金屬Ag/Pd內電極的多層片式陶瓷電容器(MLCC)原型器件。貴金屬Ag/Pd內電極的應用必然致使生產成本攀升，內電極賤金屬化是實現低成本化的關鍵所在，是多層片式元件發展史上的里程碑式技術突破。

賤金屬Ni/Cu內電極必須采用惰性氣氛或惰性氣體與氫氣的混合氣氛燒結以避免氧化，然而，惰性氣氛或惰性氣體與氫氣的混合氣氛燒結可致使CCTO陶瓷材料出現分解現象，巨介電與壓敏性能消失。

發明內容

本發明的目的在于提供一種巨介電CCTO陶瓷的還原-再氧化制備方法，解決以下技術問題：

通過抑制CCTO陶瓷在還原氣氛中分解，實現惰性氣氛或者惰性氣氛與氫氣的混合氣氛燒結CCTO陶瓷，獲得的還原的CCTO陶瓷需經過再氧化處理以進一步降低介電損耗；采用還原-再氧化工藝制備的多層片式CCTO陶瓷可使用賤金屬Ni/Cu作為內電極，可降低元件制作成本，適于大規模生產。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種巨介電CCTO陶瓷的還原-再氧化制備方法，包括以下步驟：

S1、將CaCO₃、CuO、TiO₂以及Bi₂O₃按化學式Ca_1-xBi_xCu₃Ti_4-yO₁₂稱取，其中0.02≤x≤0.5，0≤y≤0.2，加去離子水進行球磨，

將所得漿料烘干、過篩得到粉體；

S2、將S1中獲得的粉體在750℃-950℃下空氣氣氛進行預燒，根據化學式Ca_1-xBi_xCu₃Ti_4-yO₁₂+zBN稱取BN，其中0≤z≤0.2，再次加去離子水進行球磨，將所得漿料烘干、過篩得到第二粉體；

S3、向S2獲得的第二粉體中加入PVA，研磨、過篩并壓片成型，獲得的生坯在空氣氣氛中500℃-600℃下進行排膠；