本發(fā)明涉及電子材料領(lǐng)域，具體涉及一種高擊穿電壓陶瓷介電材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：介電材料（dielectricmaterial）又稱電介質(zhì)，是可用于控制存儲(chǔ)電荷及電能的電的絕緣材料，在現(xiàn)代電子及電力系統(tǒng)中具有重要的戰(zhàn)略地位。介電材料主要包括電容器介電材料和微波介電材料兩大體系。其中用作電容器介質(zhì)的介電材料，要求材料的電阻率高，介電常量大，在整個(gè)介電材料中占有很大比重。介電材料也可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類，種類繁多。人們對(duì)介電材料的研究最初是從無機(jī)壓電陶瓷材料開始的，無機(jī)壓電陶瓷材料具有高介電常數(shù)和高熱電穩(wěn)定性，已經(jīng)被人們廣泛的應(yīng)用于電子器件或電子產(chǎn)品中。但隨著信息和微電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)在向著半導(dǎo)體器件的微型化、集成化、智能化、高頻化和平面化的轉(zhuǎn)變，電子領(lǐng)域?qū)﹄娮悠骷母咝阅芑?、微型化、穩(wěn)定化和多狀態(tài)轉(zhuǎn)變的需求更加迫切。同樣，在介電材料領(lǐng)域，越來越多的電子元件（如介質(zhì)基板、介質(zhì)天線、嵌入式薄膜電容等）對(duì)介電材料介電性能的要求進(jìn)一步提升，因此，研發(fā)更高性能、更穩(wěn)定的新型介電陶瓷成為熱點(diǎn)。高介電氧化物材料是電容性器件實(shí)現(xiàn)大容量化和尺寸微型化的重要基礎(chǔ)，因此受到越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)上，相對(duì)介電常數(shù)大于1000的高介電氧化物材料大體上可分為兩類。其中一類是由于內(nèi)部阻擋層電容（IBLC）效應(yīng)引起的有效介電常數(shù)很大的材料，該類材料的內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)中的晶粒具有較低的電阻率、呈現(xiàn)半導(dǎo)電體的性質(zhì)，而晶界具有較高的電阻率、呈現(xiàn)絕緣體的性質(zhì)，導(dǎo)致宏觀上表現(xiàn)出巨大的相對(duì)介電常數(shù)。但是，當(dāng)外加電壓施加于這類材料時(shí)，由于其微觀組織結(jié)構(gòu)所具有的特殊電學(xué)性質(zhì)，外加電壓值的絕大部分降落在晶界層，而晶界層的厚度通常很薄，因而造成局部的電場(chǎng)強(qiáng)度很高，非常容易擊穿。因此，IBLC效應(yīng)緣起的高介電氧化物材料通常都存在著耐電場(chǎng)強(qiáng)度不高的嚴(yán)重問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)今由于內(nèi)部阻擋層電容（IBLC）效應(yīng)引起的有效介電常數(shù)很大的陶瓷介電材料存在的耐電場(chǎng)強(qiáng)度不高，即擊穿電壓低的缺陷，提供一種具有高擊穿電壓的陶瓷介電材料及其制備方法；本發(fā)明在通過對(duì)CaCu3Ti4012晶粒進(jìn)行化學(xué)包覆-共燒結(jié)處理，形成了晶界層厚度更厚的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，從而提升晶界層被擊穿的電場(chǎng)強(qiáng)度，即提高了擊穿電壓，使該陶瓷介電材料適用范圍更大，應(yīng)用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，包括以下步驟：1、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在950-1050℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、包覆：將CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒均勻分散在丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入氫氧化鋇溶液和碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)包覆完成后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒；3、燒結(jié)：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1450-1500℃的溫度下燒結(jié)30-60min后，降溫至1200-1300℃，燒結(jié)2-10h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，先利用在預(yù)燒結(jié)條件下，形成的CaCu3Ti4012晶粒存在晶粒間空隙大，密度小的特點(diǎn)，通過球磨粉碎形成單晶粒；再利用液相化學(xué)包覆的方法將碳酸鋇沉淀包覆在晶粒表面；最后通過控制燒結(jié)的溫度，先將碳酸鋇分解，再與CaCu3Ti4012晶粒共燒結(jié)形成具有更厚晶界層的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，由該晶粒組成的陶瓷介電材料不僅保持原有CaCu3Ti4012材料的高介電常數(shù)，還具有了更高的擊穿電壓；本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，適合該陶瓷介電材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中步驟1所述的預(yù)燒結(jié)能形成晶粒間空隙大，密度小的CaCu3Ti4012晶粒，有利于粉碎過程中晶粒的分散，得到單晶粒；優(yōu)選的，所述預(yù)燒結(jié)時(shí)間為6-20h，預(yù)燒結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)，能源消耗大，得到的晶粒間空隙變小，密度增加，不利于后期的進(jìn)一步處理，預(yù)燒結(jié)時(shí)間過短，反應(yīng)時(shí)間不足，CaCu3Ti4012晶粒含量太低；最優(yōu)選的，所述預(yù)燒結(jié)時(shí)間為8-10h。其中，優(yōu)選的，所述的預(yù)燒結(jié)溫度為1000℃；該溫度條件下，燒結(jié)得到的CaCu3Ti4012晶粒大小最適中，性能最穩(wěn)定。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟1所述的CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒粒徑在3-6μm；由于在步驟1中預(yù)燒結(jié)條件下得到的CaCu3Ti4012晶粒粒徑在3-5μm之間，所以，將其粉碎研磨后的粒徑控制在該范圍內(nèi)，得到的顆粒中單晶粒所占的比重更大。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟2所述的氫氧化鋇溶液濃度為0.01-0.5mol/L；濃度過大，反應(yīng)速度過快，晶粒表面沉積的碳酸鋇厚度不均勻，影響材料的電化學(xué)性能。其中，優(yōu)選的，所述氫氧化鋇溶液中Ba與CaCu3Ti4012的物質(zhì)的量之比為1-3︰10；Ba的用量與晶粒表面覆蓋的碳酸鋇的厚度有關(guān)，厚度越大，擊穿電壓越大，但介電常數(shù)迅速下降；最優(yōu)選的，所述氫氧化鋇溶液中Ba與CaCu3Ti4012的物質(zhì)的量之比為2︰10。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟2所述的碳酸氫鈉溶液液濃度為0.01-0.5mol/L；濃度過大，反應(yīng)速度過快，晶粒表面沉積的碳酸鋇厚度不均勻，影響材料的電化學(xué)性能；優(yōu)選的，所述氫氧化鋇與碳酸氫鈉的物質(zhì)的量之比為1︰1。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟2中所述的反應(yīng)包覆時(shí)間為1-3h；反應(yīng)時(shí)間太短，包覆不完全，厚度不均勻，反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，晶粒團(tuán)聚，不利于后期的燒結(jié)。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟3中將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1480℃的溫度下燒結(jié)40min后，降溫至1250℃，燒結(jié)5h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料；采用該條件得到的介電材料晶粒大小更均勻，晶界厚度均勻，晶粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其介電常數(shù)高，擊穿電壓大。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種高擊穿電壓陶瓷介電材料，該材料是通過上述制備方法制備得到的，該材料具有介電常數(shù)高，擊穿電壓大的優(yōu)點(diǎn)，該陶瓷介電材料適用范圍更大，應(yīng)用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明方法通過對(duì)燒結(jié)溫度和制備過程的控制，通過液相化學(xué)包覆和再燒結(jié)形成了晶粒晶界層厚度更大的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，其擊穿電壓得到顯著提高。2、本發(fā)明方法制備得到的陶瓷介電材料具有高介電常數(shù)、高擊穿電壓的優(yōu)點(diǎn)，其適用范圍更大，應(yīng)用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。3、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，適合高擊穿電壓陶瓷介電材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例11、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在1000℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入200ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)包覆2h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒；3、燒結(jié)：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1480℃的溫度下燒結(jié)40min后，降溫至1250℃，燒結(jié)5h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。實(shí)施例21、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在950℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)10h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入100ml、0.03mol/L的氫氧化鋇溶液和100ml、0.03mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)包覆1.5h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒；3、燒結(jié)：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1500℃的溫度下燒結(jié)30min后，降溫至1300℃，燒結(jié)2h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。實(shí)施例31、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在1050℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)6h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、包覆：將0.015molCaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入10ml、0.5mol/L的氫氧化鋇溶液和10ml、0.5mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)包覆1h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒；3、燒結(jié)：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1500℃的溫度下燒結(jié)60min后，降溫至1300℃，燒結(jié)2h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。實(shí)施例41、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在1000℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)20h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入100ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和100ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)包覆3h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒；3、燒結(jié)：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1500℃的溫度下燒結(jié)50min后，降溫至1250℃，燒結(jié)8h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。對(duì)比例11、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在1000℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、燒結(jié)：將CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1480℃的溫度下燒結(jié)40min后，降溫至1250℃，燒結(jié)5h，冷卻得到陶瓷介電材料。對(duì)比例21、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在1100℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入200ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)包覆2h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒；3、燒結(jié)：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1480℃的溫度下燒結(jié)40min后，降溫至1250℃，燒結(jié)5h，冷卻得到陶瓷介電材料。對(duì)比例31、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進(jìn)行混合球磨后，在1000℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入200ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應(yīng)包覆2h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒；3、燒結(jié)：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅(qū)體顆粒在1250℃的溫度下燒結(jié)40min后，升溫至1450℃，燒結(jié)5h，冷卻得到陶瓷介電材料。實(shí)驗(yàn)組市售CaCu3Ti4012陶瓷介電材料。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的陶瓷介電材料和實(shí)驗(yàn)組的介電材料進(jìn)行性能檢測(cè)（25℃，10KHz），記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：編號(hào)介電常數(shù)擊穿電壓（KV/mm）介電損耗（%）實(shí)施例19814.70.05實(shí)施例29614.40.05實(shí)施例39513.20.05實(shí)施例49613.80.05對(duì)比例11027.60.06對(duì)比例2989.60.06對(duì)比例31088.30.05實(shí)驗(yàn)組1047.50.06對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的陶瓷介電材料與現(xiàn)有的CaCu3Ti4012陶瓷介電材料相比，介電常數(shù)稍有降低，而介電損耗減小，擊穿電壓顯著增大；同時(shí)，對(duì)比所有實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3可知，陶瓷介電材料的制備過程中，前驅(qū)體的制備溫度和最后的燒結(jié)時(shí)不同溫度的燒結(jié)順序均對(duì)介電材料的擊穿電壓有顯著影響。當(dāng)前第1頁1 2 3