低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料及制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料及制备方法及应用，该介质瓷料由主料和改性剂组成，主料为Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3，改性剂为MnCO3、Nb2O5、Y2O3、MgO、SiO2中的两种或两种以上。上述主料和改性剂通过球磨、干燥、研磨及过筛制得介质瓷料；介质瓷料经放电等离子烧结(SPS)可得到致密度高的细晶陶瓷。本发明专利技术实现了巨介电常数陶瓷的低温烧结，得到致密度高、晶粒细小的陶瓷；该介质瓷料具备高介电常数、低损耗、良好的容量温度特性以及优良的综合电性能，而且该介质瓷料原材料成本低廉，不含铅、镉、汞、六价铬等有毒元素，是一种环境友好型的高介介质陶瓷材料。

Low temperature sintered Mega permittivity fine grain ceramic material and its preparation and Application

The invention discloses a low temperature sintered Mega permittivity fine crystal ceramic material and its preparation method and application. The medium is composed of main material and modifier, the main material is Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3, and the modifier is two or more than two kinds in MnCO3, Nb2O5, Y2O3, MgO and SiO2. The above materials and modifiers are prepared by ball milling, drying, grinding and screening, and dielectric ceramics can produce fine crystal ceramics with high density by discharge plasma sintering (SPS). The invention realizes the low temperature sintering of the mega dielectric constant ceramics and the ceramics with high density and fine grain, which have high dielectric constant, low loss, good capacity and temperature characteristics and excellent comprehensive electrical properties, and the raw material of the medium ceramic material is low in cost, without lead, cadmium, mercury, six valence chromium and so on. The toxic element is an environmentally friendly ceramic material with high dielectric properties.

【技术实现步骤摘要】
低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料及制备方法及应用
本专利技术属于功能陶瓷材料
，涉及介电陶瓷材料及制备方法，尤其涉及低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料及制备方法。
技术介绍
当前电子整机的发展迅速，对电子元器件如陶瓷电容器的小型化、高比容、低成本和高可靠等提出了严格的要求，对相应的介电陶瓷材料性能提出更高的要求。在电容器结构和工艺条件确定的情况下，电容器容量的大小主要由介电陶瓷材料的介电常数决定，因此提高材料的介电常数是实现电容器微小型化的关键。目前已有的高介电常数材料的室温介电常数通常低于5000，很难继续提高。而电子技术的进一步发展，需要介电常数在10000以上的巨介电常数介质材料。在电容器介质陶瓷领域，市场上少数高介电常数瓷料产品如Y5V/Z5U瓷粉，其介电常数可达15000，通常烧结温度高达1300℃且容量温度系数变化大、使用温区较窄，甚至部分为含铅料系，只限于特殊领域应用。材料研发领域如CCTO、Nb-Ln-Ti体系(Ln为Bi、Al、Y等正三价元素)具有巨介电常数，但通常损耗高或绝缘电阻偏低、对工艺非常敏感，目前尚处于研究阶段，离实际应用还有段距离。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，开发环境友好型、烧结温度低、综合电性能良好的高介电常数材料体系十分必要。本专利技术提供低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料及制备方法，在950℃±50℃即可烧结成致密的细晶陶瓷，并保持很高介电常数、低损耗和很好的温度特性。为实现上述目的，本专利技术提供一种低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料，该介质瓷料由主料和改性剂组成；所述主料为Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3；所述改性剂为MnCO3、Nb2O5、Y2O3、MgO、SiO2中的两种或两种以上。作为本专利技术的进一步改进，该介质瓷料以100重量份的Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3为基材，各成分及相对含量如下：主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3为100份；改性剂MnCO3为0.05～0.50份；改性剂Nb2O5为0.02～0.40份；改性剂Y2O3为0～0.20份；改性剂MgO为0～0.20份；改性剂SiO2为0～0.10份。本专利技术还提供一种低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料的制备方法，包括：步骤1、采用水热法制备主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3；步骤2、称取主料和改性剂，放入装有氧化锆球的球磨罐中，加上去离子水球磨、烘干、研磨过筛，装袋备用，制备介质瓷料。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1包括：步骤11、配制溶液：选用去离子水及分析纯原料BaCl2、CaCl2、ZrOCl2、TiCl4和NaOH，根据配比称量后分别配制TiCl4冰水溶液、钡钙锆混合溶液和NaOH溶液；步骤12、制备前驱体：将钡钙锆混合溶液与TiCl4冰水溶液按比例量取、混合后加热至60℃～70℃，将NaOH溶液加热至80-100℃，再把加热好的两种溶液均匀注入到反应釜中搅拌10～20分钟，得到前驱体为混合悬浊液；步骤13、水热处理：将混合悬浊液移至水热釜中，于180～240℃水热3～8小时，然后过滤、去离子水洗涤至电导率≤100μS/cm后干燥、过40目筛，得到主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3。作为本专利技术的进一步改进，所述钡钙锆混合溶液中BaCl2：CaCl2：ZrOCl2摩尔比为98：2：12；TiCl4冰水溶液、钡钙锆混合溶液和NaOH溶液中TiCl4：(BaCl2+CaCl2+ZrOCl2)：NaOH的摩尔比88：112：600。作为本专利技术的进一步改进，在步骤2中，球磨12小时、于120℃烘8～12小时至干燥、研磨过40目筛，装袋备用。本专利技术还提供一种低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料的制备方法的应用，将制得的制备介质瓷料装入石墨模具中，采用SPS烧结炉于950℃±50℃烧结成瓷，随后在马弗炉中650℃热处理，制得细晶陶瓷圆片。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术实现了巨介电常数陶瓷的低温烧结，得到致密度高、晶粒细小的陶瓷。该介质瓷料具备高介电常数、低损耗、良好的容量温度特性以及优良的综合电性能，而且该介质瓷料原材料成本低廉，不含铅、镉、汞、六价铬等有毒元素，是一种环境友好型的高介介质陶瓷材料。附图说明图1为本专利技术一种实施例公开的主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3的XRD谱图；图2为本专利技术配方7经SPS烧结后的断口形貌图；图3为本专利技术配方7经SPS烧结后的电性能图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所选原料如无特殊说明，均可通过商业渠道采购。下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：本专利技术提供一种低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料，该介质瓷料由主料和改性剂组成；主料为Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3，Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3采用水热法制备；改性剂为MnCO3、Nb2O5、Y2O3、MgO、SiO2中的两种或两种以上，选择不同掺杂改性剂改善介质瓷料的综合性能。本专利技术的介质瓷料以100重量份的Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3为基材，各成分及相对含量如下：主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3为100份；改性剂MnCO3为0.05～0.50份；改性剂Nb2O5为0.02～0.40份；改性剂Y2O3为0～0.20份；改性剂MgO为0～0.20份；改性剂SiO2为0～0.10份。本专利技术还提供一种低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料的制备方法，包括：步骤1、采用水热法制备主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3；具体包括：步骤11、配制溶液：选用去离子水及分析纯原料BaCl2、CaCl2、ZrOCl2、TiCl4和NaOH，根据配比称量后分别配制TiCl4冰水溶液、钡钙锆混合溶液和NaOH溶液；其中：钡钙锆混合溶液中BaCl2：CaCl2：ZrOCl2摩尔比为98：2：12。步骤12、制备前驱体：将钡钙锆混合溶液与TiCl4冰水溶液按比例量取、混合后加热至60℃～70℃(优选加热至60℃)，TiCl4冰水溶液、钡钙锆混合溶液和NaOH溶液中TiCl4：(BaCl2+CaCl2+ZrOCl2)：NaOH的摩尔比88：112：600；将NaOH溶液加热至80-100℃(优选加热至95℃)，再把加热好的两种溶液均匀注入到反应釜中搅拌10～20分钟(优选搅拌15分钟)，得到前驱体为混合悬浊液；步骤13、水热处理：将混合悬浊液移至水热釜中，于180～240℃水热3～8小时(优选水热温度为200～220℃，进一步优选水热温度为220℃)，然后过滤、去离子水洗涤至电导率≤100μS/cm(优选电导率≤50μS/cm)后干燥、过40目筛，得到主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3。本专利技术在步骤1采用水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料，其特征在于，该介质瓷料由主料和改性剂组成；所述主料为Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3；所述改性剂为MnCO3、Nb2O5、Y2O3、MgO、SiO2中的两种或两种以上。

【技术特征摘要】
1.一种低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料，其特征在于，该介质瓷料由主料和改性剂组成；所述主料为Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3；所述改性剂为MnCO3、Nb2O5、Y2O3、MgO、SiO2中的两种或两种以上。2.如权利要求1所述的低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料，其特征在于，该介质瓷料以100重量份的Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3为基材，各成分及相对含量如下：主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3为100份；改性剂MnCO3为0.05～0.50份；改性剂Nb2O5为0.02～0.40份；改性剂Y2O3为0～0.20份；改性剂MgO为0～0.20份；改性剂SiO2为0～0.10份。3.一种如权利要求2所述的低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1、采用水热法制备主料Ba0.98Ca0.02Zr0.12Ti0.88O3；步骤2、称取主料和改性剂，放入装有氧化锆球的球磨罐中，加上去离子水球磨、烘干、研磨过筛，装袋备用，制备介质瓷料。4.如权利要求3所述的低温烧结巨介电常数细晶陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11、配制溶液：选用去离子水及分析纯原料BaCl2、CaCl2、ZrOCl2、TiCl4和NaOH，根据配比称量后分别配制Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：程华容，杨魁勇，齐世顺，宋蓓蓓，孙淑英，吕鹏，
申请(专利权)人：北京元六鸿远电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11