一种掺杂型ＣａＣｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］电容材料，其采用固态粉料的高温烧结法制备；通过添加Ｓｒ↑［２＋］、Ｎａ↑［＋］或Ｋ↑［＋］等掺杂离子来取代ＣａＣｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］材料中Ａ位的部分Ｃａ↑［２＋］离子，和／或通过添加Ｚｒ↑［４＋］掺杂离子来取代ＣａＣｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］材料中Ｂ位的部分Ｔｉ↑［４＋］离子；采用“Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＬＣＲ ｍｅｔｅｒ ４２２５”型测试仪来确定相应掺杂型的陶瓷材料的烧结特性及其介电性能。尤其是在Ｓｒ↓［０．０１］Ｃａ↓［０．９９］Ｃｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］介电材料中掺入０．０２ｍｏｌ的Ｎａ↑［＋］或Ｋ↑［＋］后，以Ｎａ↑［＋］离子掺杂为例，该不等电价离子取代Ｓｒ↓［０．０１］Ｃａ↓［０．９９］Ｃｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］中Ａ位的部分Ｃａ↑［２＋］离子形成的Ｎａ↓［０．０２］Ｓｒ↓［０．０１］Ｃａ↓［０．９７］Ｃｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］，当其在１１４０℃的温度下烧结后具有较高的介电常数和低于５％的损耗特性，同时其保温时间也可以相应的缩短。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于以成分为特征的陶瓷组合物及其制备方法，尤其关于CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质及其制备方法。
技术介绍
随着电子器件小型化、微型化的需求，针对于陶瓷电容器而言，就迫切需要具有更高介电常数的电介质材料，同时需要其在尽可能宽的应用温度范围内具有稳定的电容变化率以及较低的损耗。CaCu3Ti4O12是新近发现的一种高介材料，为类钙钛矿结构，其相对介电常数在104量级；如M.A.Subramanian等人在Journal of Solid State Chemistry 151，323-325(2000)中发表的题目为“High Dielectric Constant in ACu3Ti4O12and ACu3Ti3FeO12Phases”。虽然CaCu3Ti4O12也是钙钛矿结构的钛酸盐，但它无铁电—顺电相变；因此，特别是在很宽的温区范围内(例如100-400K)，其静态介电常数几乎不随温度变化而变化。目前通常采用固相反应法制备CaCu3Ti4O12，使用化学纯或分析纯的CaCO3、CuO、TiO2为主要原料。从制备CaCu3Ti4O12晶体的对比试验中得知，其合成条件差异很大，温度从600℃至1200℃都有CaCu3Ti4O12晶相生成，尤其是温度高于800℃时，开始大量生成CaCu3Ti4O12晶相，同时还伴有CaTiO3生成；当烧结温度达到1200℃时，CaTiO3才能继续参与固相反应，从而合成出CaCu3Ti4O12单相。因此，目前制备CaCu3Ti4O12所需要的烧结温度很高，保温时间较长；而长时间高温加热会促使反应体或生成物粒子的颗粒进一步长大，从而使固体间的反应性降低。而且长时间处于较高的烧结温度下不但消耗大量的能源，而且对烧结炉的使用寿命产生不利影响；如任清褒在材料研究学报、2006年2月第20卷第1期CaCu3Ti4O12多晶块材的巨介电常数”。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种掺杂型CaCu3Ti4O12(CCTO)电容器陶瓷介质及其制备方法该方法使得烧结反应在尽可能低的温度下和尽可能短的时间内来完成，并且同时保持较高的介电常数和低损耗的特性，从而使固体间的反应性降低，可以节约大量的能源，提高烧结炉的使用寿命。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质，其组分及摩尔百分比含量为SrxCa(1-x)Cu3Ti4O12，其中x＝0.01～0.04，采用CaCO3、CuO、TiO2和SrCO3为原料。一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质，其组分及摩尔百分比含量为NaxSr0.01Ca(0.99-x)Cu3Ti4O12，其中x＝0.01～0.04，采用CaCO3、CuO、TiO2、SrCO3和Na2CO3为原料。一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质，其组分及摩尔百分比含量为Sr0.01Ca0.99Cu3Ti4(1-y)Zr4yO12，其中y＝0.01～0.04，采用CaCO3、CuO、TiO2、SrCO3、Na2CO3和ZrO2为原料。对于Sr掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)首先选用分析纯的CaCO3、CuO、TiO2为主要原料，以及分析纯的掺杂原料SrCO3，并根据Sr0.01Ca0.99Cu3Ti4O12化学配比式进行所述原料粉料的配料；(2)采用行星球磨法对所述原料粉料进行研磨，以使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(3)先驱体的制备将炉温从室温下经1小时左右迅速升至大约900℃，并在所述温度下保温24小时后自由降至室温；(4)将预合成的先驱体材料进行行星球磨而被粉碎，并再次使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(5)造粒向所述坯料中加入粘合剂，并在约10Mpa的压力下将所述粉料压制成直径约为15mm，厚度为1.5mm左右的试样样片；(6)将压制成形的样片从室温经0.5小时升温至200℃，采用50℃/小时的升温速率升温至550℃，并在此温度下保温约0.5小时，再经2～3小时升至烧成温度1100～1160℃附近，保温大约20～24个小时后自由冷却至室温。对于Na和Sr掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)首先选用分析纯的CaCO3、CuO、TiO2为主要原料，以及分析纯的掺杂原料SrCO3和Na2CO3，并根据Na0.02Sr0.01Ca0.97Cu3Ti4O12化学配比式进行所述原料粉料的配料；(2)采用行星球磨法对所述原料粉料进行研磨，以使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(3)先驱体的制备将炉温从室温下经1小时左右迅速升至大约850℃，并在所述温度下保温20小时后自由降至室温；(4)将预合成的先驱体材料进行行星球磨而被粉碎，并再次使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(5)造粒向所述坯料中加入粘合剂，并在约10Mpa的压力下将所述粉料压制成直径约为15mm，厚度为1.5mm左右的试样样片；(6)将压制成形的样片从室温经0.5小时升温至200℃，采用50℃/小时的升温速率升温至550℃，并在此温度下保温约0.5小时，再经2～3小时升至烧成温度1100～1160℃附近，保温大约16～24个小时后自由冷却至室温。对于Sr和Zr掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)首先选用分析纯的CaCO3、CuO、TiO2为主要原料，以及分析纯的掺杂原料SrCO3和ZrO2，并根据Sr0.01Ca0.99Cu3Ti3.96Zr0.04O12化学配比式进行所述原料粉料的配料；(2)采用行星球磨法对所述原料粉料进行研磨，以使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(3)先驱体的制备将炉温从室温下经1小时左右迅速升至大约850℃，并在所述温度下保温20小时后自由降至室温；(4)将预合成的先驱体材料进行行星球磨而被粉碎，并再次使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(5)造粒向所述坯料中加入粘合剂，并在约10Mpa的压力下将所述粉料压制成直径约为15mm，厚度为1.5mm左右的试样样片；(6)将压制成形的样片从室温经0.5小时升温至200℃，采用50℃/小时的升温速率升温至550℃，并在此温度下保温约0.5小时，再经2～3小时升至烧成温度1140～1160℃附近，保温大约16～20个小时后自由冷却至室温。本专利技术的有益效果是，提供了一种掺杂型CaCu3Ti4O12(CCTO)电容器陶瓷介质及其制备方法，使得烧结反应在尽可能低的温度下(1140℃)和尽可能短的时间内来完成，并且同时保持较高的介电常数和低损耗(低于5％)的特性，从而使固体间的反应性降低，也相应缩短了保温时间，节了约大量的能源，提高了烧结炉的使用寿命。附图说明图1(a)是分别在1100℃，1120℃，1140℃，1150℃和1160℃温度下合成的四组SrxCa(1-x)Cu3Ti4O12样品，其中Sr2+离子取代量与其介电常数之间的关系图(1KHz)。图1(b)是分别在1100℃，1120℃，1140℃，1150℃和1160℃温度下合成的四组SrxCa(1-x)Cu3Ti4O12样品，其中Sr2+离子取代量与其损耗之间的关系图(1KHz)。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺杂型ＣａＣｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］电容器陶瓷介质，其特征在于，其组分及摩尔百分比含量为Ｓｒ↓［ｘ］Ｃａ↓［（１－ｘ）］Ｃｕ↓［３］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［１２］，其中ｘ＝０．０１～０．０４，采用ＣａＣＯ↓［３］、ＣｕＯ、ＴｉＯ↓［２］和ＳｒＣＯ↓［３］为原料。
【技术特征摘要】
1.一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质，其特征在于，其组分及摩尔百分比含量为SrxCa(1-x)Cu3Ti4O12，其中x＝0.01～0.04，采用CaCO3、CuO、TiO2和SrCO3为原料。2.一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质，其特征在于，其组分及摩尔百分比含量为NaxSr0.01Ca(0.99-x)Cu3Ti4O12，其中x＝0.01～0.04，采用CaCO3、CuO、TiO2、SrCO3和Na2CO3为原料。3.一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质，其特征在于，其组分及摩尔百分比含量为Sr0.01Ca0.99Cu3Ti4(1-y)Zr4yO12，其中y＝0.01～0.04，采用CaCO3、CuO、TiO2、SrCO3、Na2CO3和ZrO2为原料。4.一种电容器，具有两电极极板和位于两电极极板之间的介质层，其特征在于所述介质层由权利要求1、或3所述任意一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容器陶瓷介质材料形成。5.一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容材料的制备方法，包括(1)首先选用分析纯的CaCO3、CuO、TiO2为主要原料，以及分析纯的掺杂原料SrCO3，并根据Sr0.01Ca0.99Cu3Ti4O12化学配比式进行所述原料粉料的配料；(2)采用行星球磨法对所述原料粉料进行研磨，以使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(3)先驱体的制备将炉温从室温下经1小时左右迅速升至大约900℃，并在所述温度下保温24小时后自由降至室温；(4)将预合成的先驱体材料进行行星球磨而被粉碎，并再次使所述粉料颗粒度达到1微米量级以下；(5)造粒向所述坯料中加入粘合剂，并在约10Mpa的压力下将所述粉料压制成直径约为15mm，厚度为1.5mm左右的试样样片；(6)将压制成形的样片从室温经0.5小时升温至200℃，采用50℃/小时的升温速率升温至550℃，并在此温度下保温约0.5小时，再经2～3小时升至烧成温度1100～1160℃附近，保温大约20～24个小时后自由冷却至室温。6.如权利要求5所述的掺杂型CaCu3Ti4O12电容材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂型CaCu3Ti4O12电容材料在1140℃的烧成温度下烧结。7.一种掺杂型CaCu3Ti4O12电容材料的制备方法，包括(1)首先选用分析纯的CaCO3、CuO、TiO2为主要...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴裕功，刘震，张慧利，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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