一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法，属于介电陶瓷材料技术领域；本发明专利技术的一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料的通式为Sr1‑

【技术实现步骤摘要】
一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于介电陶瓷材料
，尤其涉及一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着当今信息技术的发展，对介电材料提出了更高的要求，巨介电材料因其巨大的介电常数、低介电损耗及良好的温度和频率稳定性在电容式电子元件和高能量密度存储组件的小型化中有重要应用；过往研究中在追求高介电常数的过程中，常常面临高介电损耗的存在，如何在拥有高介电常数的同时还具有低的介电损耗成为一大难题。
[0003]介电常数是材料的本征参数，大多数电介质材料是一种电绝缘体，当电介质材料处在一定的电场的环境中，其内部正负电荷将偏离电荷重心，达到新的平衡状态，形成偶极子，出现电极性，产生极化，介质的极化强度是指单位体积的偶极矩，而介电常数是衡量电介质材料在这种电场作用下的极化能力的参数，也可以称之为介电系数或电容率，反映电介质材料储存电荷能力的大小；电介质材料在电场作用下完成极化的同时伴随着能量的损耗，该损耗直接影响着信号的存储和电子元器件工作的稳定性和可靠性，如果电子元器件在工作时，由于损耗导致温度升高，影响着电介质材料的介电性能，影响着整个电子设备运行；因此研究介电损耗并降低介电损耗对于电介质陶瓷介电性能的研究是非常重要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有高介电常数、低介电损耗的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料，所述陶瓷材料的通式为Sr1‑
3x/2
Ln
x
TiO3；其中，0.0075≤x≤0.01，Ln为稀土元素Ce、Dy或Sm中的任意一种。
[0006]本专利技术提供的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料以钛酸锶为基体，对其进行稀土元素Ce、Dy或Sm掺杂，并优选掺杂的数量，在特定的掺杂数量以及掺杂稀土元素下，形成的掺杂陶瓷材料会产生氧空位和自由电子，从而形成巨大的缺陷偶极子簇缺；缺陷偶极子在短距离内局限自由电子或氧空位，而其内部的局部载流子跳跃对巨介电常数做出了巨大贡献；此外，载流子与缺陷偶极子之间的强耦合产生了优异的介电温度稳定性。其中，本专利技术提供的巨介电陶瓷材料的介电性能都在11000(RT，1kHz)以上，且在上述三种稀土元素的掺杂下，制备得到的材料还具有极低的介电损耗，介电损耗在0.07(RT，1kHz)以下，还具有优异的频率稳定性和优异的温度稳定性。
[0007]另外，本专利技术还提供了所述陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将钛源、锶源和Ln源混合进行第一球磨、干燥，得混合粉体Ⅰ；
[0009](2)将混合粉体Ⅰ在空气中煅烧，煅烧结束后进行第二球磨，得混合粉体Ⅱ；
[0010](3)将PVA水溶液加入到混合粉体Ⅱ中，制粒、压片，得生片；
[0011](4)将生片进行烧结、抛光，得陶瓷材料。
[0012]本专利技术提供的技术方案在空气中煅烧、烧结后就实现了巨大的介电常数，得到的介电性能都在11000(RT，1kHz)以上。将其进一步在较低温度的氮气气氛下退火，能够进一步提高材料的介电常数，并且保证低的介电损耗，实现了材料优异的介电性能。
[0013]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中，在将生片进行烧结之后、抛光之前还包括退火的步骤。
[0014]将生片烧结之后、抛光之前进行退火，能够进一步提高材料的介电常数，使得得到的材料的介电常数在26000(RT，1kHz)以上，且能保证低的介电损耗，得到的介电损耗在0.01(RT，1kHz)以下，实现了材料优异的介电性能。
[0015]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中，将生片进行烧结前，还包括将生片埋在相同组分的粉体Ⅱ里，使生片减少与空气的接触，同时保证生片成分的稳定，再对其进行烧结。
[0016]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述锶源包括碳酸锶、氢氧化锶、硝酸锶中的任意一种；所述Ln源包括氧化铈、硝酸铈、氧化钐、氧化镝中的任意一种；所述钛源包括二氧化钛。
[0017]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述第一球磨和第二球磨的分散剂为无水乙醇，球磨的时间为6
‑
10h。
[0018]加入无水乙醇作为球磨分散剂，一方面能够使得粉末具有一定的流动性和粘接性，有利于球磨操作。另一方面能够降低在球磨过程中粉末产生的热量，避免粉体过热，并且，无水乙醇容易挥发，不会残余在粉体中而对制备得到的材料的性质产生影响。
[0019]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述煅烧的温度为1150
‑
1200℃，煅烧的时间为2
‑
3h。
[0020]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述PVA水溶液的质量分数为3
‑
8％。
[0021]当采用上述质量分数的PVA水溶液时，能够起到很好的粘结作用，从而在后续压片的过程中完全填补粉体中的缝隙，且后续也不会对胚体的烧结带来影响。
[0022]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述压片的压力为120
‑
550MPa。
[0023]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述烧结包括以下步骤：以1.5
‑
5.0℃/min的升温速率升温至530
‑
580℃后保温5
‑
8h，然后以4
‑
8℃/min的升温速率升温到1450
‑
1500℃，在空气中烧结2
‑
4h。
[0024]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述退火的温度为1000
‑
1300℃，退火的时间为0.5
‑
1h，退火的环境为氮气环境。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]第一：本专利技术提供的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料以钛酸锶为基体，对其进行稀土元素Ce、Dy或Sm掺杂，并优选掺杂的数量，在特定的掺杂数量以及掺杂稀土元素下，制备得到的巨介电陶瓷材料的介电性能都在11000(RT，1kHz)以上，且在上述三种稀土元素的掺杂下，制备得到的材料还具有极低的介电损耗、优异的频率稳定性和优异的温度稳定性；
[0027]第二：本专利技术的技术方案提供的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料在空气中烧结，即可得到介电性能都在11000(RT，1kHz)以上的陶瓷材料，配合在氮气氛围下较低温度
的退火后，制备得到的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料的介电性能在26000(RT，1kHz)以上，甚至可以达到78000(RT，1kHz)；
[0028]第三：本专利技术的技术方案提供的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料具有极低的介电损耗，介电损耗在0.07(RT，1kHz)以下，配合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的通式为Sr1‑
3x/2
Ln
x
TiO3；其中，0.0075≤x≤0.01，Ln为稀土元素Ce、Dy或Sm中的任意一种。2.如权利要求1所述陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钛源、锶源和Ln源混合进行第一球磨、干燥，得混合粉体Ⅰ；(2)将混合粉体Ⅰ在空气中煅烧，煅烧结束后进行第二球磨，得混合粉体Ⅱ；(3)将PVA水溶液加入到混合粉体Ⅱ中，制粒、压片，得生片；(4)将生片进行烧结、抛光，得陶瓷材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在将生片进行烧结之后、抛光之前还包括退火的步骤。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锶源包括碳酸锶、氢氧化锶、硝酸锶中的任意一种；所述Ln源包括氧化铈、硝酸铈、氧化钐、氧化镝中的任意一种；所述钛源包括二氧化钛。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一球磨和第二球磨的分散剂为无水乙醇，球磨的时间为6
‑
10h。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘来君，付振晓，刘康，杨曌，蒙应知，
申请(专利权)人：广东风华高新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：