一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法，首先采用传统固相合成的方法，配制出不同组分的陶瓷样品；其次通过介电温谱测试系统测得各陶瓷样品电容率εr随温度T的变化关系；然后根据介电温谱测试系统所测得的各陶瓷样品对应的铁电‑顺电相变点、铁电‑铁电相变点的温度点绘制陶瓷体系的温度‑组分相图；最后在陶瓷体系的温度‑组分相图中通过观察各相交点确认体系的三相临界点，介电温谱的测试结果表明在三相临界点处陶瓷样品的电容率εr最高，因而可将三相临界点所对应的组分作为铁电陶瓷最佳配比。本发明专利技术方法在一定程度上实现电容率的成倍增加，对电容器电荷存储能力的提高提供一定的参考和指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子陶瓷材料领域，具体涉及一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法。
技术介绍
材料的介电性能在电容器等储能装置的设计过程中是必须考虑的重要因素，通常由材料的电容率来表征。随着现代工业的发展，设备的小型化已经成为先进制造技术不断发展的需求，而电子设备集成化的核心问题之一就是提高电容器材料的电容率。因此，研究并开发具有较大的电容率的材料对下一代电子器件的发展起着重要的作用。铁电陶瓷的电容率会随温度变化而发生改变，特别是在铁电-顺电相变和铁电-铁电相变的转变温度附近，显示出介电异常。介电常数的峰值一般出现在铁电-顺电相变的居里温度Tc点处，例如，纯的钛酸钡陶瓷在常温时就有比较高的介电常数，当温度升高到居里温度Tc=120℃左右（顺电-铁电相变点处）时，电容率εr可达6000～10000。利用相变温度附近介电异常这一特性，钛酸钡基陶瓷可以用来制作电容器材料，比如多层陶瓷电容器（MLCC）、多层基片和红外探测以及成像器件等，在微电子以及光电子领域得到了广泛的使用。由于Tc=120℃远远高于室温且介电常数的温度稳定性较差，一般需对电容器介质进行改性。目前的改性主要是在介质中掺杂离子，大致可分为两种主要的掺杂形式：一种是移峰剂，如SrTiO3、PbTiO3、BaSnO3、CaSnO3和BaZrO3等，可以使宿主材料降低顺电-铁电相变的居里温度，从而使材料在室温下的介电响应可以提高，而对εr的陡度没有明显的作用；另一种是压峰剂，如CaTiO3、MgTiO3、MgZrO3和Bi2(TiO3)3等，可以使得铁电-顺电的相变平缓（即弥散相变），从而提高材料的温度稳定性，随着离子掺杂浓度的升高，这时的碳酸钡基陶瓷甚至可以演变成为具有无数极性纳米畴的弛豫型铁电体。应当明确，不论是那种掺杂类型，铁电-顺电相变时，本征介电响应都对介电常数峰值做出了主要贡献，如何提高居里点Tc附近的电容率成为设计高介电常数材料的核心问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术在铁电陶瓷原有的良好介电性能基础上，通过调整材料的成分配比，构造体系的温度-组分相图，寻找材料的三相临界点来进一步提高铁电材料的电容率，该方法在一定程度上实现电容率的成倍增加，对电容器电荷存储能力的提高提供一定的参考和指导。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法，包括以下步骤：（1）采用传统固相合成的方法，配制出不同组分的陶瓷样品；（2）通过介电温谱测试系统测得各陶瓷样品电容率εr随温度T的变化关系；（3）根据介电温谱测试系统所测得的各陶瓷样品对应的铁电-顺电相变点、铁电-铁电相变点的温度点绘制陶瓷体系的温度-组分相图；（4）在陶瓷体系的温度-组分相图中通过观察各相交点确认体系的三相临界点，以三相临界点所对应的组分作为铁电陶瓷电容率εr最高的配比。进一步地，所述的陶瓷样品为BaTO3-xBaSnO3，其中x为BaSnO3占陶瓷样品BaTO3-xBaSnO3的物质的量的百分比，且x=0～20%。进一步地，x=0、3%、6%、9%、10%、10.5%、11.5%、15%或20%。进一步地，所述的陶瓷样品为Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-y(Ba0.7Ca0.3)TiO3，其中y为(Ba0.7Ca0.3)TiO3占陶瓷样品Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-y(Ba0.7Ca0.3)TiO3的物质的量的百分比，且y=0～70%。进一步地，y=0、24%、28%、30%、32.5%、40%、50%、60%、70%或80%。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术在铁电陶瓷原有的良好介电性能基础上，通过调整材料的成分配比，构造体系的温度-组分相图，寻找材料的三相临界点来进一步提高铁电材料的电容率，在铁电陶瓷材料的三相临界点处，通常晶体结构会表现出顺电相与铁电相的几相共存，此时体系能量不稳定，导致极化旋转容易发生，从而易在共存的几相之间发生相变，而相变会引起空位和缺陷的产生，使电畴更容易转向，电容率即会出现最大值，该方法在一定程度上实现电容率的成倍增加，对电容器电荷存储能力的提高提供一定的参考和指导。附图说明图1（a）为BT-xBS体系的温度-组分相图；图1（b）为BT-xBS体系的各组分对应电容率峰值柱状图；图2（a）为BZT-xBCT体系的温度-组分相图；图2（b）为BZT-xBCT体系的各组分对应电容率峰值柱状图。具体实施方式下面结合对本专利技术做进一步详细描述：一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法，包括以下步骤：（1）采用传统固相合成的方法，配制出不同组分的陶瓷样品；（2）通过介电温谱测试系统测得各陶瓷样品电容率εr随温度T的变化关系；（3）根据介电温谱测试系统所测得的各陶瓷样品对应的铁电-顺电相变点、铁电-铁电相变点的温度点绘制陶瓷体系的温度-组分相图；（4）在陶瓷体系的温度-组分相图中通过观察各相交点确认体系的三相临界点，介电温谱的测试结果表明在三相临界点处陶瓷样品的电容率εr最高，因而可将三相临界点所对应的组分作为铁电陶瓷最佳配比。所述的陶瓷样品为BaTO3-xBaSnO3，其中x为BaSnO3占BaTO3-xBaSnO3整体的物质的量的百分比，且x=0～20%；x=0、3%、6%、9%、10%、10.5%、11.5%、15%、20%。所述的陶瓷样品为Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-yBa0.7Ca0.3)TiO3，其中y为(Ba0.7Ca0.3)TiO3占Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-yBa0.7Ca0.3)TiO3整体的物质的量的百分比，且y=0～70%；y=0、24%、28%、30%、32.5%、40%、50%、60%、70%或80%。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述：实施例1对于BT-xBS体系（即BaTO3-xBaSnO3），x指的是BS所占BaTO3-xBaSnO3整体的物质的量的百分比，选取x=0，3%、6%、9%、10%、10.5%、11.5%、15%、20%。这里详细补充一下采用传统固相合成的方法，配制出不同组分的BT-xBS陶瓷样品，具体包括以下几个步骤：1）称量根据理论计算结果，称量不同组分陶瓷样品所需的原料，称量误差不得超过0.010g。2）球磨在正式球磨之前，先将已置玛瑙球的球磨罐分别用纯水和无水乙醇球磨半小时洗净。再将各组样品放入球磨罐中，并倒入适量无水乙醇至浸没样品。将球磨罐稳固夹持于球磨机上，球磨4个小时，转速为600r/min。一次球磨的目的是均匀混合各原料粉体。3）煅烧将球磨之后的样品烘干后，研磨至粉末状，置入小坩埚中，注意要边放入边压紧以便于烧结。在箱式炉中升温至1350℃煅烧180min，得到BZT-xBCT陶瓷。4）二次球磨将煅烧后得到的陶瓷样品敲砸研磨成粉体后，再次进行球磨。球磨8个小时，转速为600r/min。5）造粒二次球磨后的样品烘干后和10%的PVA胶经过研磨后充分混合，用分析筛筛出粒径为0.15mm～0.28mm的样品颗粒。6）压片取1.00g造好粒的样品放入直径为10mm的模具中，在压力为20Mpa下压制1分钟。7）烧结将样品压制成型后，放入箱式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用传统固相合成的方法，配制出不同组分的陶瓷样品；(2)通过介电温谱测试系统测得各陶瓷样品电容率εr随温度T的变化关系；(3)根据介电温谱测试系统所测得的各陶瓷样品对应的铁电‑顺电相变点、铁电‑铁电相变点的温度点绘制陶瓷体系的温度‑组分相图；(4)在陶瓷体系的温度‑组分相图中通过观察各相交点确认体系的三相临界点，以三相临界点所对应的组分作为铁电陶瓷电容率εr最高的配比。

【技术特征摘要】
1.一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用传统固相合成的方法，配制出不同组分的陶瓷样品；(2)通过介电温谱测试系统测得各陶瓷样品电容率εr随温度T的变化关系；(3)根据介电温谱测试系统所测得的各陶瓷样品对应的铁电-顺电相变点、铁电-铁电相变点的温度点绘制陶瓷体系的温度-组分相图；(4)在陶瓷体系的温度-组分相图中通过观察各相交点确认体系的三相临界点，以三相临界点所对应的组分作为铁电陶瓷电容率εr最高的配比。2.根据权利要求1所述的一种基于三临界效应提高铁电陶瓷电容率的方法，其特征在于，所述的陶瓷样品为BaTO3-xBaSnO3，其中x为BaSnO3占陶瓷样品BaTO3-xBaSnO3的物质的量的百分比，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：高景晖，王妍，刘泳斌，胡兴好，钟力生，于钦学，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61