[發(fā)明專利]一種巨介電、低損耗CCTO陶瓷的還原-再氧化制備方法

在審

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• 申請日: 2022-10-24
• 公開（公告）號: CN115536384A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 祖昊;王傳豐;段惠敏;張勝;黃慧;何曉娟;劉慧;邊健;豐遠;嚴亮
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥學院
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/622;C04B35/638
• 代理公司: 安徽新越誠途專利代理事務所(普通合伙) 34261
• 代理人: 李浩宇

本發(fā)明涉及新型電子陶瓷材料領域，公開了一種巨介電、低損耗CCTO陶瓷的還原?再氧化制備方法，在組份設計上，針對Cu位、Ti位，采用單摻雜或雙摻雜的成份設計方法。成份組成為：CaCu3?xAxTi4?yByO12+zBN，其中，A代表Sr、Mg、Ni中的一種，B代表Zr、Sn、Ge中的一種，0.00≤x≤0.30，0.05≤y≤0.20，0.00≤z≤0.10。還原的CCTO陶瓷經(jīng)低溫再氧化處理后，介電損耗顯著降低，同時，維持巨介電特性。本發(fā)明利用流延工藝制備生坯，采用還原?再氧化工藝燒結(jié)，與基于賤金屬內(nèi)電極的多層片式元件制備工藝相兼容。采用本發(fā)明的制備工藝與材料組份設計方法，可制備出能夠滿足實際應用要求的基于賤金屬內(nèi)電極的多層片式CCTO陶瓷元件。

技術領域

本發(fā)明涉及新型電子陶瓷技術領域，具體涉及一種巨介電、低損耗CCTO陶瓷的還原-再氧化制備方法。

背景技術

CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)陶瓷材料在100～600K溫度范圍內(nèi)擁有優(yōu)越的巨介電特性，其介電常數(shù)可達10⁴～10⁵。另一方面，其同時擁有類似于ZnO壓敏陶瓷的顯著的非線性電流-電壓特性。CCTO陶瓷材料因具有優(yōu)異的電容-壓敏雙功能特性，在抑制半導體器件所面臨的瞬態(tài)過壓威脅方面具有非常廣泛的應用前景，吸引了大量研究人員的關注。CCTO陶瓷材料的電容-壓敏雙功能特性使其可被應用于制造多層片式陶瓷電容器MLCCs與多層片式壓敏電阻器MLVs等領域。尤其是其巨介電特性，可有效地推進CCTO基MLCCs尺寸小型化。基于貴金屬Ag/Pd內(nèi)電極的多層片式CCTO基MLCCs研究表明其在多層片式元件中應用具有較好潛力(J.Am.Ceram.Soc.98(1),141-147,2015.)。

采用賤金屬內(nèi)電極，如鎳、銅，是多層片式元件制備領域的里程碑式的進步，賤金屬內(nèi)電極的應用極大地降低了多層片式元件生產(chǎn)成本，進而獲得廣泛的應用。賤金屬內(nèi)電極須在保護性氣氛中燒結(jié)以避免其被氧化而失效，然而，CCTO材料在低氧分壓條件下不穩(wěn)定，易于發(fā)生分解，進而，巨介電特性與非線性特性被破壞。目前，CCTO材料改性研究中大都以高氧分壓氣氛燒結(jié)為主，研究的CCTO材料體系難以與賤金屬內(nèi)電極共燒。近期，中國專利公開號CN114956805A公開了一種Bi摻雜體系Ca_1-xBi_xCu₃Ti_4-yO₁₂+zBN的CCTO材料的抗還原制備方法，其中0.02≤x≤0.5，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2。解決了CCTO材料在保護性氣氛燒結(jié)面臨的分解問題，使得CCTO與賤金屬內(nèi)電極共燒成為可能。但，還原燒結(jié)并結(jié)合再氧化處理，CCTO陶瓷的介電損耗較大，仍難以滿足實際應用標準。

由此看出，雖然采用賤金屬內(nèi)電極可以有效地降低多層片式元件制備成本，但還原-再氧化制備工藝難以獲得低損耗的CCTO陶瓷。因此，采用還原-再氧化工藝，開發(fā)具有巨介電、低損耗的CCTO材料體系成為一個十分重要的課題，具有重要的社會意義并將產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容

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

首先，通過流延工藝制備多層片式CCTO陶瓷生坯，采用還原氣氛燒結(jié)CCTO陶瓷，使得CCTO陶瓷與賤金屬內(nèi)電極制備工藝兼容，促使CCTO與賤金屬內(nèi)電極共燒成為可能；其次，結(jié)合Cu位與T i位的單摻雜與共摻雜材料組份設計，還原的CCTO陶瓷經(jīng)低溫再氧化處理后，可獲得低損耗的特性，同時，仍具有巨介電特性，進一步推進還原-再氧化工藝制備的CCTO陶瓷走向?qū)嶋H應用。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種巨介電、低損耗CCTO陶瓷的還原-再氧化制備方法包括以下步驟：