一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子陶瓷領(lǐng)域，涉及一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元器件之一，隨著市場要求不斷提高，電子信息產(chǎn)品設(shè)備應(yīng)用的工作環(huán)境越來越苛刻(高溫，低溫等)，例如航空航天、石油鉆探等領(lǐng)域工作溫度范圍已經(jīng)高于150°C，甚至有的工作環(huán)境溫度遠高于常規(guī)工作溫度，如載人航空航天，火箭衛(wèi)星等，這些都要求功能陶瓷材料在寬的溫度范圍內(nèi)具有高的介電常數(shù)和低的容溫變化率。此外，目前大多數(shù)應(yīng)用于電容器的陶瓷材料為PbTi03基陶瓷材料，但是氧化鉛有毒并且高溫條件下易揮發(fā)，在生產(chǎn)、制備、使用及廢棄處理中都會對環(huán)境造成極大的污染，不利于人類社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，探索開發(fā)可應(yīng)用的無鉛高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料已成為熱門研究方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供了一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料及制備方法，該方法制得的陶瓷介電材料在87-310°C的溫度范圍內(nèi)相對介電常數(shù)高于3300，容溫變化率小于10%。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0005]—種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，將BCTZ陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式(l-x)NBT-xBCTZ配料，混合均勻后，經(jīng)造粒、成型后，在1150-1200°C下保溫2_4h燒結(jié)成瓷，得到高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料;其中，X的取值范圍是0.2-0.3。
[0006]所述BCTZ陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式BaoiCa0.uZmT1.!^，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦和氧化鋯混合均勻后在1270°C下保溫2h合成BCTZ陶瓷粉體。
[0007]所述NBT陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式NaQ.5BiQ.5Ti03，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840°C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。
[0008]所述混合均勻是通過球磨進行的。
[0009]所述球磨以離子水作為球磨介質(zhì)。
[0010]所述混合均勻后在70_90°C下烘干。
[0011]所述球磨時間為6h。
[0012]一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料，化學(xué)式為化學(xué)式(l-x)NBT-xBCTZ，其中X的取值范圍是0.2-0.3。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:
[0014]由于制備高溫應(yīng)用的溫度穩(wěn)定型介電材料，基體材料必須具有較高的居里溫度。而NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)是一種典型的弛豫鐵電體，其居里溫度高達320°C。通過向其中添加另一種具有優(yōu)異介電性能的鐵電體，展寬其居里峰，從而獲得高溫應(yīng)用的溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料。所以本發(fā)明以居里溫度高達320°C的NBT為基體材料，選取與NBT結(jié)構(gòu)相似的BaoiCa0.BZr0.m0.gOXBCTZ)作為改性劑，向NBT中加入具有優(yōu)異介電和鐵電性能的BCTZ以壓低并展寬其居里峰，提高其低溫介電常數(shù)。在NBT中引入BCTZ，使得(l-x)NBT-xBCTZ體系中A位由4種(Na，Bi，Ba和Ca)不同尺寸和價態(tài)的離子占據(jù)，B位由2種(Ti，Zr)不同尺寸和價態(tài)的離子占據(jù)。導(dǎo)致該體系中不同的微觀區(qū)域具有不同的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，而不同的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)具有不同的極化強度和相轉(zhuǎn)變溫度，從而導(dǎo)致該體系陶瓷在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的介電常數(shù)和較好的溫度穩(wěn)定特性。本發(fā)明采用傳統(tǒng)固相法制備的(1-x^a0.sBiQ.sT1rxBaQ.ssCaQ.BZr0.1TiQ.gOXa-xWBT-xBCTZ)陶瓷材料，在 150_345°C 的溫度范圍內(nèi)具有較高的介電常數(shù)，且在這個溫度范圍內(nèi)容溫變化率低于10%?？捎糜谥谱髟诟邷叵聭?yīng)用的陶瓷電容器。本發(fā)明通過固相法制備的0.8NBT-0.2BCTZ陶瓷在150-345°C的溫度范圍內(nèi)相對介電常數(shù)高于3850，且容溫變化率小于10%。0.7NBT-0.3BCTZ陶瓷在87-310°C的溫度范圍內(nèi)相對介電常數(shù)高于3300，且容溫變化率小于10 %。本發(fā)明的制備方法設(shè)備簡單、操作簡單、成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)，為大規(guī)模、低成本制備高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料提供了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1的介電常數(shù)隨溫度變化曲線。
[0016]圖2為實施例1的容溫變化率曲線。
[0017]圖3為實施例2的介電常數(shù)隨溫度變化曲線。
[0018]圖4為實施例2的容溫變化率曲線。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0020]實施例1
[0021]一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，按照化學(xué)式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦和氧化鋯混合后在1270°C下保溫2h合成BCTZ陶瓷粉體，按照化學(xué)式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840°C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。將BCTZ和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.8NBT-0.2BCTZ配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，在80°C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1170°C下保溫2h燒結(jié)成瓷，得到高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料。
[0022]實施例2
[0023]一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，按照化學(xué)式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦和氧化鋯混合后在1270°C下保溫2h合成BCTZ陶瓷粉體，按照化學(xué)式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840°C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。將BCTZ和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.7NBT-0.3BCTZ配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，在80°C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1180°C下保溫2h燒結(jié)成瓷，得到高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料。
[0024]參見圖1、圖2、圖3和圖4，為實施例中制備的(l-x)NBT-xBCTZ陶瓷材料的介電常數(shù)隨溫度變化曲線及容溫變化率曲線，從圖1和圖2可以看出，0.8NBT-0.2BCTZ陶瓷在150-345°C的溫度范圍內(nèi)相對介電常數(shù)高于3850，且容溫變化率小于10%。從圖3和圖4可以看出，
0.7NBT-0.3BCTZ陶瓷在87-310°C的溫度范圍內(nèi)相對介電常數(shù)高于3300，且容溫變化率小于10%。
[0025]實施例3
[0026]一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，按照化學(xué)式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦和氧化鋯混合后在1270°C下保溫2h合成BCTZ陶瓷粉體，按照化學(xué)式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840°C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。將BCTZ和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.8NBT-
0.2BCTZ配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，在70°C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1150°C下保溫4h燒結(jié)成瓷，得到高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料。
[0027]實施例4
[0028]一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，按照化學(xué)式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦和氧化鋯混合后在1270°C下保溫2h合成BCTZ陶瓷粉體，按照化學(xué)式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840°C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。將BCTZ和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.7NBT-
0.3BCTZ配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，在90°C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1200°C下保溫3h燒結(jié)成瓷，得到高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料。
[0029]本發(fā)明按照化學(xué)式(l-x)NBT-xBCTZ經(jīng)配料、球磨、干燥、造粒、成型、壓片、燒結(jié)等技術(shù)制備(l-x)NBT-xBCTZ陶瓷材料。采用固相法制備陶瓷材料具有成本低、產(chǎn)量大以及制備工藝簡單等優(yōu)點。本發(fā)明的制備工藝簡單，操作簡單、成本低，為大規(guī)模、低成本制備新型高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料提供了基礎(chǔ)。
【主權(quán)項】
1.一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，其特征在于:將BCTZ陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式(1 -X) NBT-xBCTZ配料，混合均勻后，經(jīng)造粒、成型后，在1150-1200°C下保溫2-4h燒結(jié)成瓷，得到高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料;其中，X的取值范圍是0.2—0.3 ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，其特征在于:所述BCTZ陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15ZrQ.m0.903，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦和氧化鋯混合均勻后在1270°C下保溫2h合成BCTZ陶瓷粉體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，其特征在于:所述NBT陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式NaQ.5BiQ.5Ti03，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840°C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，其特征在于:所述混合均勻是通過球磨進行的。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，其特征在于:所述球磨以離子水作為球磨介質(zhì)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，其特征在于:所述混合均勻后在70-90°C下烘干。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料的制備方法，其特征在于:所述球磨時間為6h。8.—種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料，其特征在于:化學(xué)式為化學(xué)式(l-x)NBT-叉807，其中1的取值范圍是0.2-0.3。
【專利摘要】一種高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料及制備方法，將BCTZ陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式(1-x)NBT-xBCTZ配料，混合均勻后，經(jīng)造粒、成型后，在1150-1200℃下保溫2-4h燒結(jié)成瓷即可，本發(fā)明通過固相法制備的0.8NBT-0.2BCTZ陶瓷在150-345℃的溫度范圍內(nèi)相對介電常數(shù)高于3850，且容溫變化率小于10％。0.7NBT-0.3BCTZ陶瓷在87-310℃的溫度范圍內(nèi)相對介電常數(shù)高于3300，且容溫變化率小于10％。本發(fā)明的制備方法設(shè)備簡單、操作簡單、成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)，為大規(guī)模、低成本制備高溫應(yīng)用溫度穩(wěn)定型陶瓷介電材料提供了基礎(chǔ)。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/49
【公開號】CN105439559
【申請?zhí)枴緾N201510874418
【發(fā)明人】蒲永平, 姚謀騰
【申請人】陜西科技大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月2日