本发明专利技术公开一种高介电Ｙ５Ｖ型三稀土掺杂钛酸钡陶瓷材料及其制备方法，其材料具有由化学式ＡＢＯ↓［３］表示的立方钙钛矿结构，含有ＢａＴｉＯ↓［３］和三种稀土元素添加剂的立方结晶相，其中含有ＢａＴｉＯ↓［３］成份≥９４ｍｏｌ％，三种稀土元素Ｒｅ作为Ａ位和Ｂ位添加剂；其含量≤５ｍｏｌ％，制备步骤有配料、混料、研磨、烘干，经预烧后，将烧结物粉碎后细磨、烘干、加胶研磨、成型压片、烧结、抛光，此陶瓷材料，在室温介电率大于１００００，性能优良，这是在只用稀土掺杂的钛酸钡陶瓷在高介电Ｙ５Ｖ电容器材料技术领域的突破和实现，是从材料的微观晶体结构和缺陷化学设计上的一次理论突破，这种突破在提高材料的宏观介电性能方面有着重要价值，稀土用量低，利用率显著提高。
High dielectric Y5V type three rare earth doped barium titanate ceramic material and preparation method thereof
The invention discloses a high dielectric Y5V type three rare earth doped barium titanate ceramic material and its preparation method, the material has a cubic perovskite structure by chemical formula ABO: 3 said, cubic crystal containing BaTiO: 3 and three kinds of rare earth additive phase, which contains 3 components: BaTiO more than three kinds of rare earth elements 94mol%, Re as A and B additives; its content is less than 5mol%, the preparation steps of proportioning, mixing, grinding, drying, pre sintering, the sintering material after crushing, fine grinding, drying, grinding, pressing, molding and glue sintering, polishing, the ceramic material. The room temperature dielectric rate is greater than 10000, excellent performance, this is the only rare earth doped barium titanate ceramics with high dielectric Y5V capacitors in the field of material technology process Broken and realized, is material from the micro crystal structure and defect chemistry design a theoretical breakthrough, this breakthrough is of great value in improving macro dielectric properties of materials, the amount of rare earth low utilization rate increased significantly.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电容器用材料，更具体地说，涉及一种高介电Y5V型三 稀土掺杂钛酸钡陶瓷材料。
技术介绍
随着电子工业的飞速发展， 一个在电子器件领域的连续最小化倾向需要 愈来愈高的介电体效率，可以通过两个方式实现(1)提高介电常数；(2) 减小晶粒尺寸。钛酸钡是具有最高介电常数的简单化合物，室温介电常数大 约1600，统治性地用作高介电电容器材料。虽然通过不同合成方法与晶粒尺 寸的控制，室温介电常数提高到6000左右，但仍未克服如较高的温度系数、 高介电损耗、和随电压与频率的不稳定性等许多不受欢迎的性质。裉据国际电子工业协会EIA (Electronic Industries Association)标准，Y5V 型是指以25 r的电容值为基准，在温度从-30 'C到+85 r的范围内，容温变 化率介于+22 % ~ -82 %。 Y5V型材料可分为两大类一类是由对环境有害的 含铅铁电体组成，另一类是环境友好型、以BaTiQj的固溶体为基材的非铅系 铁电体组成。并且后者机械强度、抗老化性能、可镀性以及可靠性均优于前 者，因此，通过掺杂对BaTi03的结构修改而获得的新型固溶体具有广阔的应 用前景。BaTK)3具有由化学式AB03表示的钙钛矿结构，在摄氏125°C附近有一 狭窄的高介电居里峰，介电常数大约10000。稀土掺杂BaTK)3的新材料幵发 因掺杂效率高、结晶粒细化、介电损耗降低等优点一直是国际上新材料探索 研究的一个热点。研究表明单一稀土掺杂可以使居里峰向室温移动，并表 现一定的规律性-随着原子序数的增加，稀土离子半径逐渐降低(镧系收 縮)，掺杂的稀土离子在钛酸钡中的位占据倾向从钡位向钡位和钛位同时占 据的双性行为、再向钛位转移，但固熔性降低，限制了居里峰的移动；如La、 Ce、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Dy、 Ho、 Er、 Yb、 Lu等。近年来在利用钛酸钡的 居里峰上的研究有两个比较突出的进展(1) La的掺杂使钛酸钡的居里峰迅 速移向室温，介电常数峰值提高到近20000,但介电峰太窄，导致温度系数太 大而无法应用。(2)Ce的掺杂使钛酸钡的居里峰移动到室温的同时，居里峰 显著扩善，但介电常数峰值下降到3000以下。其他小离子半径的稀土受固溶 性的限制，没有上述两种稀土掺杂效应显著。因此，现有的单一稀土掺杂在 利用钛酸钡的居里峰方面很难同时满足在室温附近介电率的提高和介电峰的 宽化，即目前稀土掺杂钛酸钡在室温附近不能获得室温介电率大于10000的 高介电扩散。然而在稀土以外的其他掺杂成份下，如美国专利US 6078494采 用的(B^Cay)CaZiv)03钙钛矿铁电陶瓷获得了抗还原的Y5V型高介电(2 20000)陶瓷，但其成份非常复杂，工艺条件苛刻，而且陶瓷的晶粒尺寸较大 (3 5pm),室温介电损耗较大，不适合用作单片陶瓷电容器或介质尺度低 于10拜的多层陶瓷电容器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种制备工艺简便、配方 简单可调、烧结条件易控、介电性能优良的介电陶瓷材料。通过掺杂不同稀土成份在A位/B位的配方和制备工艺的控制、缺陷化学 和缺陷复合体机理的设计，使稀土掺杂钛酸钡陶瓷在室温介电率大于10000 的高介电Y5V的电容器材料领域成功实现。与铅系铁电陶瓷相比，专利技术一种 新型的环境友好型高介电材料。在A位和B位的多稀土掺杂可以显著抑制结晶粒的生长，达到细化的陶 瓷，为多层陶瓷电容器提供一个新型的原材料。一种高介电Y5V型三稀土掺杂钛酸钡陶瓷材料，其特征在于，具有由化 学式ABG3表示的立方钙钛矿结构，含有BaTiQ3和三种稀土元素添加剂的立 方结晶相，其中含有BaTi03成份》94mol。/n,三种稀土元素Re作为A位和B 位添加剂；其含量《5molW;所述三种稀土元素Re，包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、 钐(Sm)、铕(Eu)、铡(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、 镱(Yb)、镥(Lu)。Ba在配方A位中所占的摩尔数》95mol%， Ti在配方B位中所占的摩 尔数> 94 mol%，两种不同稀土元素的添加量之和占配方A位中的1 ~ 5 mol%，另外一种稀土元素的添加量占配方B位中总量的3 ~ 5 mol%。用下列通式表示(Ba^-yReix Re2yXT"+yy4^ Re3z)03其中Rel、 Re2、 Re3为三种不同的稀土元素，其中Re3为稀土元素Ce, Rel 和Re2为除Ce以外的La、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Lu中的不同两种稀土元素；并且0.01《x《0.04 0.005《y《0.03 0.03《z《0.05所用原料为纯度99T。及以上的化学纯化工原料的BaC03、 Ti02、和Ce02 及La2Q3、 Pr2Q3、 Nd2G3、 Sm2Q3、 Eu203、 Gd2Q3、 Tb2G3、 Dy2。3、 Ho203、 EraO3、 Yb203、 Lu2O3中的任二种。制备高介电Y5V型三稀土掺杂钛酸钡陶瓷材料的工艺步骤如下-1、 将粉末状的碳酸钡、二氧化钛、三神稀土氧化物Re2Gs和CeQ2相混 合，以水为介质，二氧化锆球为磨介，在尼龙罐中球磨5小时；2、 将烘干的上述混合物在1000。C《T《1100'C的空气中煅烧2 5小 时去碳，并部分合成具有钙钛矿结构的固溶混合物；3、 固溶混合物的粉碎以水为介质，二氧化锆球为磨介，将上述固溶混 合物在尼龙罐中二次球磨12 24小时，获得颗粒尺寸小于1 W m的粉料；4、 加粘合抓配胶使用的粘合剂为10WWPVA有机粘合剂，每个样品 所加粘合剂用量，根据不同样品的配方和煅烧温度酌量添加，但确保粉料中 PVA含量在lWtM以下。配胶在玛瑙研钵中进行，配胶过程中不断研磨，使 胶与样品均匀。5、 压片成型使用液压机压片成型，压力为100 ~ 200 MPa，压力持续 时间l 2min，压片模具内径为012mrn。每片成型的加胶后粉料重量控制 在0.8 - 1.0 g。6、 高温陶瓷化烧结将成型片放入高温电阻炉，在空气中程序控制升温至1400- 1480 'C，保温时间为12 24hr,恒温结束后采用自然降温。样品 烧结完成后，样品径向收缩为010.2-010.5mm、厚为1.5 2.5mm的介电陶瓷片。7、 轻微抛光后，显示致密的带有黄色光泽陶瓷。 本专利技术具有以下优点1、 在室温介电率大于10000,性能优良，这是在只用稀土掺杂的钛酸钡 陶瓷在高介电Y5V电容器材料
的突破和成功实现；2、 该专利技术是从材料的微观晶体结构和缺陷化学设计上的一次理论突破， 这种突破在提高材料的宏观介电性能方面有着重要价值；3、 通过A位和B位的稀土掺杂成份控制，达到上述指标的A位和B位 稀土掺杂量非常低(S5mol%)，即稀土掺杂效率显著提高；4、 陶瓷的平均结晶粒度^0.5拜，达到细晶粒的陶瓷；5、 抛光后显示致密的带有黄色光泽陶瓷；6、 配方简单，用料可以调换；7、 烧结条件容易控制；8、 制备工艺简便，操作容易。附图说明图1为制备工艺简化方框图。图2为实施例1样品的室温条件下粉末衍射XRD图。 图3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高介电Ｙ５Ｖ型三稀土掺杂钛酸钡陶瓷材料，其特征在于，具有由化学式ＡＢＯ↓［３］表示的立方钙钛矿结构，含有ＢａＴｉＯ↓［３］作为主要成份，三种稀土元素Ｒｅ作为Ａ位和Ｂ位的立方结晶相，其中ＢａＴｉＯ↓［３］成份≥９４ｍｏｌ％；三种稀土元素Ｒｅ作为Ａ位填加剂≤５ｍｏｌ％；三种稀土元素Ｒｅ作为Ｂ位填加剂≤５ｍｏｌ％；稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钐、铕、铡、铽、镝、钬、铒、镱、镥。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：路大勇，孙秀云，
申请(专利权)人：吉林化工学院，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]
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