一種調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及介電性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明中，在陶瓷粉體A中加入陶瓷粉體B，陶瓷粉體B的質(zhì)量與陶瓷粉體A的質(zhì)量比大于0小于等于0.30，二者混合并超細(xì)磨制得均勻的陶瓷粉體C，陶瓷粉體C干燥后過篩，在得到的粉體中加入PVA，經(jīng)流延成型工藝得到陶瓷生坯，陶瓷生坯排膠后在NH3中或N2和H2組成的混合氣體中在1100~1400℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，形成陶瓷介質(zhì)D，在陶瓷介質(zhì)D表面被覆氧化劑層得到陶瓷介質(zhì)E，陶瓷介質(zhì)E置于熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)，經(jīng)過熱等靜壓處理后得到陶瓷介質(zhì)F。借助本發(fā)明得到的陶瓷介質(zhì)F的電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及介電性能得到調(diào)控，從而使陶瓷電介質(zhì)的介電性能得到顯著的提高，介電常數(shù)和電阻率顯著提高，介質(zhì)損耗降低。
【專利說明】一種調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及介電性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，特別是涉及熱等靜壓調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料科學(xué)的發(fā)展，電容器逐漸向高儲(chǔ)能、小型化、輕質(zhì)量、低成本、高可靠性等方向發(fā)展，這對(duì)電介質(zhì)材料的介電常數(shù)提出了越來越高的要求。在微電子領(lǐng)域，DRAM單元電容量的高要求迫切需要性能良好的高介電常數(shù)材料。微波模塊更需要大電容量、微型化的電容器；儲(chǔ)能電容器的能量E=1/2CV2，提高電容器介質(zhì)的介電常數(shù)是提高放電能量的重要途徑。因此，電子學(xué)和電工學(xué)的發(fā)展對(duì)巨介電系數(shù)材料提出現(xiàn)實(shí)的要求。但大介電常數(shù)的陶瓷電介質(zhì)往往難以獲得溫度穩(wěn)定性、介電損耗、頻率特性，尤其是電阻率等均優(yōu)良的特性，對(duì)巨介電常數(shù)的材料尤其如此。
[0003]巨介電常數(shù)材料(K > IO4)包括:
(I)均質(zhì)材料，如改性BaTiO3系統(tǒng)，請(qǐng)參閱中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N201110000663.X、CN201010560894.1、CN201110127263.5。該類電容器瓷料在K值較大時(shí)溫度穩(wěn)定性不能滿足EIA X7R(-25°C~+125°C，Z C/C < ±15%)要求，而滿足EIA X7R要求的這類瓷料，其K值最高僅為4000。
[0004]⑵非均質(zhì)材料 ①臨界滲流結(jié)構(gòu)介電材料，包括陶瓷基和有機(jī)基兩大類。陶瓷基類如過渡金屬氧化物基(請(qǐng)參閱中國(guó)專利ZL02121437.9)，以及鈦酸鋇、乙炔黑和PbO — B2O3玻璃粉混合物(請(qǐng)參閱中國(guó)專利ZL200510061081.7)。該類材料往往介電損耗過大，也沒有電阻率數(shù)據(jù)。
[0005]②界面極化巨介電效應(yīng)，如晶界層電容器，(請(qǐng)參閱中國(guó)專利CN201310112735.9、ZL200510034827.5)，前者沒有提供電阻率數(shù)據(jù)，后者介電常數(shù)一般小于30000。
[0006]③非均質(zhì)型巨介電材料，如鈦酸銅鈣陶瓷材料(CCT0)，請(qǐng)參閱中國(guó)專利ZL200610049584.7、ZL201110196212.8，其介電損耗過大，且無電阻率數(shù)據(jù)；若損耗降到較小，則介電常數(shù)只有幾千。
[0007]其他類型如磁電復(fù)合材料介電常數(shù)可達(dá)100000以上(請(qǐng)參閱CN201210397951.8、CN201210359127.3、CN201210124046.5、CN201110062848.3、CN201110062846.4、CN200910254522.3等)，但其介電損耗甚大，且無電阻率數(shù)據(jù)，不宜作為電容器電介質(zhì)材料。
[0008]Sm1J5Sra25NiO4陶瓷介電常數(shù)可超過60000(宋長(zhǎng)霖，K2NiF4結(jié)構(gòu)鎳酸鹽陶瓷的介電馳豫[D].浙江大學(xué)碩士論文，2010年)，且添雜了 NiO和La2xSrxNiO4 (x=l/3 or 1/8)后則發(fā)現(xiàn)其介電常數(shù)高達(dá) IO5 (Krohns, S.et al.Colossal dielectric constant up togigahertz at room temperature [J].App1.Phys.Lett.94, (2009))。但這些材料介電損耗均在ΙΟ—1數(shù)量級(jí)。
[0009]Nature Materials 網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表文章(Wanbiao Hul, et al, “Electron-pinneddefect-dipoles for high-performance colossal permittivity materials”，Nature Materials, Published online:30 June 2013)，報(bào)道了對(duì)金紅石 TiO2 引入施主(Nb5+)和受主(In3+)雙摻雜得到巨介電常數(shù)的成果。其分子表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一:在由SrTi03、BaTiO3^ CaTiO3> PbTi03、TiO2等物質(zhì)中的一種或若干種構(gòu)成的陶瓷粉體A中加入由Nb205、Ta205、V205、Y203、La203、W03、Bi203、Mn2O5等物質(zhì)中的一種或若干種構(gòu)成的陶瓷粉體B，所述陶瓷粉體B的質(zhì)量與所述陶瓷粉體A的質(zhì)量比大于O小于等于0.30 ； 步驟二:所述陶瓷粉體A與所述陶瓷粉體B混合，并進(jìn)行超細(xì)磨制得均勻的陶瓷粉體C； 步驟三:所述陶瓷粉體C經(jīng)干燥后過篩，在過篩得到的粉體中加入PVA或PVC，經(jīng)流延、干壓或擠膜等成型工藝得到陶瓷生坯； 步驟四:所述陶瓷生坯排膠后在NH3氣體中或N2和H2組成的混合氣體中在1100~1500°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，形成陶瓷介質(zhì)D ; 步驟五:在所述陶瓷介質(zhì)D的表面被覆一層氧化劑層得到陶瓷介質(zhì)E，所述氧化劑層由 Si02、B2O3' Zn。、Al2O3' Bi2O3' Cu。、Ca。、Pb3O4' La203、MoO3 等一種或若干種物質(zhì)組成；步驟六:將所述陶瓷介質(zhì)E放置在熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)，調(diào)整爐內(nèi)的燒結(jié)氣壓參數(shù)和溫度參數(shù)進(jìn)行燒結(jié)，氣壓范圍為0.2~lOMPa，溫度范圍為600°C~1500°C，經(jīng)過所述熱等靜壓處理后得到陶瓷介質(zhì)F。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于:所述陶瓷粉體A為SrTiO3陶瓷粉體，所述陶瓷粉體B為Nb205、Ta2O5和La2O3三種物質(zhì)組成的陶瓷粉體，三種物質(zhì)分別按0.82%wt、0.64%wt和0.27%wt加入所述陶瓷粉體A中。
3.如權(quán)利要求2所述的調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于:所述陶瓷生坯排膠后在N2和H2組成的混合氣體中在1400°C進(jìn)行燒結(jié)。
4.如權(quán)利要求2所述的調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于:所述氧化劑層由Si02、B2O3和ZnO按35%wt、28%wt和37%wt組成。
5.一種調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一:取 LaCrO3, La1^xSrxCoO3-S, SnO2, MoSi2, SiC, LaNiO3 等導(dǎo)電陶瓷粉體中的一種或若干種為陶瓷粉體A ; 步驟二:所述陶瓷粉體A中加入PVA或PVC，經(jīng)流延、干壓或擠膜等成型工藝得到陶瓷生坯； 步驟三:所述陶瓷生坯排膠后在空氣中、NH3氣體中，或N2和H2組成的混合氣體中于1100~1500°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，形成陶瓷介質(zhì)D ； 步驟四:在所述陶瓷介質(zhì)D的表面被覆一層氧化劑層得到陶瓷介質(zhì)E，所述氧化劑層為Si02、B2O3> Zn。、Al2O3' Bi2O3' Cu。、Ca。、Pb3O4' La203、MoO3 等一種或若干種物質(zhì)組成； 步驟五:將所述陶瓷介質(zhì)E放置在熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)，調(diào)整爐內(nèi)的燒結(jié)氣壓參數(shù)和溫度參數(shù)進(jìn)行燒結(jié)，氣壓范圍為0.2~lOMPa，溫度范圍為600°C~1500°C，經(jīng)過所述熱等靜壓處理后得到陶瓷介質(zhì)F。
6.如權(quán)利要求5所述的調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于:所述陶瓷粉體A為L(zhǎng)aCrO3陶瓷粉體。
7.如權(quán)利要求6所述的調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于:在所述陶瓷粉體A中加入35%wtPVA。
8.如權(quán)利要求7所述的調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于:所述陶瓷生坯在空氣中于1350°C進(jìn)行燒結(jié)。
9.如權(quán)利要求5所述的調(diào)控陶瓷電介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的方法，其特征在于:所述氧化劑層由 A120 3、CuO、CaO 和 Pb3O4 按 25%wt、18%wt、28%wt 和 29%wt 比例組成。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103601488SQ201310643754
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】馮毅龍, 劉勇, 楊俊鋒, 江濤, 莊彤, 莊嚴(yán) 申請(qǐng)人:廣州天極電子科技有限公司