制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，所述制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法包括如下步骤：(1)获取陶瓷原料，并将所述陶瓷原料煅烧，得到陶瓷本体；(2)将所述陶瓷本体在含有氢气的惰性气体下退火，使得所述陶瓷本体的晶格内的氧元素脱离，在所述陶瓷本体的表面形成共聚体；(3)将所述陶瓷本体制作成陶瓷电容器。本发明专利技术方法操作步骤简单，且成本较低。

A method for preparing high dielectric constant low loss ceramic capacitor

The invention relates to a method for preparing high dielectric constant low loss ceramic capacitor, the preparation method of high dielectric constant low loss ceramic capacitor comprises the following steps: (1) acquisition of ceramic raw materials, and the ceramic raw materials are calcined ceramic body; (2) the ceramics body annealing in inert gas containing hydrogen, the oxygen element of the ceramic body within the lattice from the copolymer formed on the surface of the ceramic body; (3) the ceramic body made of ceramic capacitor. The method of operation of the invention is simple and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法
本专利技术涉及一种制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，属于陶瓷电容器领域。
技术介绍
由于对于尺寸微型化和高能量存储密度的进一步需求，巨介电常数材料一直是现代电容器、滤波器等电子器件研究的热点。目前，对于已经报道过的巨介电常数(CP)材料包括：掺杂的BaTiO3，CaCu3Ti4O12(CCTO)掺杂Pr6O11，NiO，Ba(Fe0.5Nb0.5)O3等。但是，铁电材料比如BaTiO3等有很多缺点，介电常数不是很高，并且因为会发生铁电相变，只能在很小的温度范围内保持很高的介电性能。CCTO及其相关相作为另外一种研究对象也能达到很大的介电常数(～105)，其中最多的一种理论机制就是阻挡层效应(BLC)。然而，往往CCTO的损耗都非常高(>0.1)，因此实际应用起来也非常困难。半导体陶瓷电容器的问世始于20世纪中期，五六十年代相继专利技术了BaTiO3基阻挡层半导体电容器、BaTiO3基表面层型半导体陶瓷电容器、BaTiO3基晶界层型半导体陶瓷电容器、SrTiO3基晶界层型半导陶瓷电容器。在国际上形成产业化并蓬勃发展却是近30年的事。至今最成熟、最富生命力的品种是BaTiO3基表面层型半导体陶瓷电容器和SrTiO3基晶界层型半导体陶瓷电容器。现有的表面层型电容器主要是将含施主掺杂的BaTiO3基陶瓷材料制成的瓷片，先在1280～1380℃大气条件下烧结，获得均匀细晶瓷体和良好的介电性能，然后在1000～1100℃还原气氛下，使之半导化，形成氧缺位的n型半导体，成为半导体瓷片。继而在900～1000℃的氧氛围中进行再氧化，在半导体瓷片表面形成一层薄薄的氧化介质层，因此得到了一个表面层电容器。最近，在TiO2中掺杂(Nb+In)引起了大家的关注，通过这种方法测得介电常数(～50000)，损耗(～5％)。然而，此工艺需要引入In,Nb两种元素，而且当掺杂的比例不同时，所得的结果也不尽相同，实际生产中需要控制两元素的混入比例，操作步骤较为繁琐，且成本相对较高，不适合投入应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种操作简单、成本较低的制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，所述制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法包括如下步骤：S1：获取陶瓷原料，并将所述陶瓷原料煅烧，得到陶瓷本体；S2：将所述陶瓷本体在含有氢气的惰性气体下退火，使得所述陶瓷本体的晶格内的氧元素脱离，在所述陶瓷本体的表面形成共聚体；S3：将所述陶瓷本体制作成陶瓷电容器。进一步地，所述S1步骤中通过固相烧结法得到所述陶瓷本体。进一步地，所述固相烧结法的具体过程为：预烧：将所述陶瓷原料放入马沸炉中预烧，预烧过后将所述陶瓷原料降温；研磨：将预烧过后的陶瓷原料称重并将其放置在研钵中研磨以减小粒径，研磨时长不小于20min，并去掉在预烧时形成的小块；造粒：向研磨过后的陶瓷原料中滴加胶体，直至所述陶瓷原料粘结成直径大的颗粒，随后再次研磨，直至所述陶瓷原料如流沙状直至与研钵脱离；压靶：将造粒过后的陶瓷原料放入模具中并将其压制成圆靶；烧结：将压靶后的陶瓷原料放置于空气中烧结，随后降至室温。进一步地，所述步骤“预烧”中的马沸炉中温度为范围为1000～1200℃，预烧时长范围为3～6h，其中，升温和降温的速率范围为2～5℃/min。进一步地，所述步骤“造粒”中，所述胶体为聚乙烯醇水溶液。进一步地，所述步骤“压靶”中，压强范围为5～15Mpa。进一步地，所述步骤“烧结”中，烧结温度范围为1300～1500℃，其中，在升温至600℃时保温1h。进一步地，所述步骤S1中的退火的温度范围为1100～1200℃，退火时间范围为2～10h。进一步地，所述退火时的氢气的惰性气体中氢气与惰性气体的比例范围为0.1％～1％。进一步地，所述陶瓷原料为锐钛矿或金红石相TiO2粉末。本专利技术的有益效果在于：通过在含有氢气的惰性气体下退火，陶瓷本体的晶格内的氧元素脱离，形成氧空位，氧空位电离释放自由电子，自由电子可以不停跃迁，以达到增强陶瓷本体导电性的效果；脱离的氧原子与氢气发生反应，在陶瓷本体表面形成共聚体，以达到低损耗的效果；且本专利技术方法工序简单，无需对陶瓷本体的表面再进行氧化，从而降低成本。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法的流程图。图2为本专利技术制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法中的固相烧结法的流程图。图3为在空气中1400℃烧结10个小时纯金红石相TiO2陶瓷的XRD。图4为不同退火时间和不同氢气比例样品的表面SEM。图5为不同退火时间和不同氢气比例样品的常温介电损耗。图6为不同退火时间和不同氢气比例样品的介电损耗随温度变化的曲线。图7为纯TiO2烧结后表面Ti、O的XPS。图8为H2/Ar(0.5％)下退火2h样品表面Ti、O的XPS。图9为H2/Ar(0.5％)下退火5h样品表面Ti、O的XPS。图10为H2/Ar(0.5％)下退火10h样品表面Ti、O的XPS。图11为H2/Ar(0.1％)下退火5h样品表面Ti、O的XPS。图12为H2/Ar(1％)下退火5h样品表面Ti、O的XPS。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。请参见图1，本专利技术的一个较佳实施例的制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，包括如下步骤：S1：获取陶瓷原料，并将所述陶瓷原料锻烧，得到陶瓷本体；S2：将所述陶瓷本体在含有氢气的惰性气体下退火，使得所述陶瓷本体的晶格内的氧元素脱离，在所述陶瓷本体的表面形成共聚体；S3：将所述陶瓷本体制作成陶瓷电容器。所述S1步骤中通过固相烧结法得到所述陶瓷本体，所述陶瓷原料为锐钛矿或金红石相TiO2粉末。在本实施例中，所述陶瓷本体的原料为锐钛矿粉末，所述惰性气体为Ar。其中，通过在H2/Ar气氛下退火：烧结过后的靶材在H2/Ar(0.1％～1％)气氛下继续退火，退火温度为1100-1200℃之间，保温时间为2～10h，气体流量为3.0sccm，升温和降温速率为3℃/min。不同退火时间的靶材颜色逐渐变至深蓝，其相结构均为金红石相。在本实施例中，H2/Ar为0.5％。由于高温会导致晶格内的O脱离，导致氧缺失，形成氧空位。氧空位会电离释放出一个或两个束缚电子形成自由电子，当Ti4+获得一个电子后就会还原成Ti3+，该电子不会固定在某一个钛离子上，而是不停的跳跃迁移，因此TiO2内部的导电性增强。在TiO2表面，由于逸出的O与气氛中的氢气反应生成羟基自由基(-OH)，羟基自由基具有7个电子不稳定外围电子结构，具有很强的氧化活性，以共价键的形式优先吸收一个电子，从而使得氧空位释放的电子固定下来，不再参与导电，此时，当氧空位释放的所有电子都被-OH吸收后，TiO2表面形成了一种TiO-(OH)2的共聚体，表面呈电中性。此时，在TiO2表面就会形成一层“绝缘层”，而内部是类似于n型半导体，因此可以得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，其特征在于，所述制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法包括如下步骤：S1：获取陶瓷原料，并将所述陶瓷原料煅烧，得到陶瓷本体；S2：将所述陶瓷本体在含有氢气的惰性气体下退火，使得所述陶瓷本体的晶格内的氧元素脱离，在所述陶瓷本体的表面形成共聚体；S3：将所述陶瓷本体制作成陶瓷电容器。

【技术特征摘要】
1.一种制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，其特征在于，所述制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法包括如下步骤：S1：获取陶瓷原料，并将所述陶瓷原料煅烧，得到陶瓷本体；S2：将所述陶瓷本体在含有氢气的惰性气体下退火，使得所述陶瓷本体的晶格内的氧元素脱离，在所述陶瓷本体的表面形成共聚体；S3：将所述陶瓷本体制作成陶瓷电容器。2.如权利要求1所述的制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，其特征在于，所述S1步骤中通过固相烧结法得到所述陶瓷本体。3.如权利要求2所述的制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法，其特征在于，所述固相烧结法的具体过程为：预烧：将所述陶瓷原料放入马沸炉中预烧，预烧过后将所述陶瓷原料降温；研磨：将预烧过后的陶瓷原料称重并将其放置在研钵中研磨以减小粒径，研磨时长不小于20min，并去掉在预烧时形成的小块；造粒：向研磨过后的陶瓷原料中滴加胶体，直至所述陶瓷原料粘结成直径大的颗粒，随后再次研磨，直至所述陶瓷原料如流沙状直至与研钵脱离；压靶：将造粒过后的陶瓷原料放入模具中并将其压制成圆靶；烧结：将压靶后的陶瓷原料放置于空气中烧结，随后降至室温。4.如权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑分刚，刘凯，孙亚龙，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32