高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料的通式为

【技术实现步骤摘要】
高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着微电子技术的飞速发展，电子元器件的集成使得微型化模块的设计必不可少
。
因此，具有低介电损耗
、
高温度稳定性的巨介电材料在多层介电陶瓷电容器
(Multi
‑
layer Ceramic Capacitors
，
MLCC)
的研究应用中备受期待
。
为了满足
MLCC
的应用要求，开发出具有低介电损耗
、
良好的温度
/
频率稳定性的巨介电陶瓷成为材料领域的一个重要研究方向
。
[0003]然而传统的高介电材料都存在一些难以克服的缺陷，如
CaCu3Ti4O
12
介电陶瓷，虽然具有超高的介电常数，但介电损耗较大，一般高于
0.1。PbTiO3、BaTiO3基陶瓷的高介电常数由于相变有明显的温度依赖性，因而温度稳定性差，还具有潜在的环境污染，影响了其在
MLCC
等实际生产中的应用
。
[0004]由于二氧化钛基陶瓷具有相对较高的介电常数
、
低的介电损耗等优异性能，因此引起了研究者的广泛关注
。
近年来，不论是单掺，还是二五价
、
三五价
、
一六价共掺的二氧化钛基陶瓷材料的研究层出不群，但大部分材料却不能同时满足高介电常数
、
低介电损耗的要求，且温度稳定性较低，不能满足市场需求，很难广泛应用于电容器
(
例如：
X9P
陶瓷电容器等
)、
存储器等电子市场中需要的高介电常数的电子器件
。
因此，研发一种具有高介电常数
、
低介电损耗
、
兼具高热稳定性的二氧化钛基陶瓷材料是目前研究的难点
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有高介电常数
、
低介电损耗
、
高温度稳定性
、
实用性强
、
易于生产的三六价离子共掺金红石二氧化钛基陶瓷材料，并为该陶瓷材料提供一种制备方法
。
[0006]针对上述目的，本专利技术提供的三六价离子共掺金红石二氧化钛基陶瓷材料的通式为
(A
2/3
W
1/3
)
x
Ti1‑
x
O2，式中
A
代表
Bi、Y、Ga
中任意一种，
x
的取值为
0.005
～
0.04。
[0007]上述三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料中，优选
A
代表
Bi
，
x
的取值为
0.01。
[0008]上述三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料中，优选
A
代表
Ga
，
x
的取值为
0.02。
[0009]上述三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料中，优选
A
代表
Y
，
x
的取值为
0.005。
[0010]本专利技术三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料的制备方法由下述步骤组成：
[0011]步骤1：按照
(A
2/3
W
1/3
)
x
Ti1‑
x
O2的化学计量，分别称取纯度为
99.5
％以上的原料
WO3、
金红石
TiO2、A2O3进行配料，式中
A
代表
Bi、Y、Ga
中任意一种，充分混合球磨
16
～
24
小时，在
80
～
100℃
下干燥
12
～
24
小时，得到原料混合物；
[0012]步骤2：将原料混合物在
1000
～
1100℃
预烧2～4小时，得到预烧粉；
[0013]步骤3：将预烧粉经造粒
、
压片
、
排胶后，在氮气气氛
、
密闭条件下
1350
～
1450℃
烧结5～
15
小时，得到三六价离子共掺金红石二氧化钛陶瓷材料
。
[0014]上述步骤2中，优选将原料混合物以2～
5℃/
分钟的升温速率升温至
1000℃
，恒温预烧3小时
。
[0015]上述步骤3中，所述压片是用粉末压片机在6～
10 MPa
的压力下保压3～6分钟，压制成圆柱状坯体
。
[0016]上述步骤3中，优选在氮气气氛
、
密闭条件下先以
100
分钟升温至
1000℃
，再以2～
4℃/
分钟的升温速率升温至
1400℃
，保温5～
15
小时
。
[0017]本专利技术通过在金红石二氧化钛中同时添加三价元素
(Bi、Y、Ga)
和六价元素
W
，并采用传统固相烧结法，在烧结中控制烧结温度来获得高介电常数和低介电损耗的二氧化钛基陶瓷材料
。
该二氧化钛基陶瓷材料能够产生高介电常数和低介电损耗的基本原理是：当
W
6+
掺杂时，材料中的一些
Ti
4+
离子变成
Ti
3+
离子，并产生自由电子，当这些自由电子迁移到晶界时，它们将被抑制，导致强烈的界面极化，从而产生更高的介电常数；
A
3+
离子掺杂将产生氧空位，这将阻止长程载流子迁移，从而减少介电损耗
。
因此，这种良好的巨大介电性能归因于内部势垒层电容
(IBLC)
模型，即在形成的固溶体中，晶粒和晶界具有不同的导电率机制，而氧空位的存在会使得
Ti
4+
向
Ti
3+
转化；晶界处则是由于氧空位迁移而形成高导电率；低介电损耗是由于其晶界处的高活化能
。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]1、
本专利技术通过在二氧化钛陶瓷材料中引入三价金属元素
A
3+
和六价金属元素
W...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料，其特征在于：所述陶瓷材料的通式为
(A
2/3
W
1/3
)
x
Ti1‑
x
O2，式中
A
代表
Bi、Y、Ga
中任意一种，
x
的取值为
0.005
～
0.04。2.
根据权利要求1所述的高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料，其特征在于：式中
A
代表
Bi
，
x
的取值为
0.01。3.
根据权利要求1所述的高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料，其特征在于：式中
A
代表
Ga
，
x
的取值为
0.02。4.
根据权利要求1所述的高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料，其特征在于：式中
A
代表
Y
，
x
的取值为
0.005。5.
一种权利要求1所述的高介电低损耗温度稳定性三六价离子共掺杂金红石二氧化钛陶瓷材料的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：步骤1：按照
(A
2/3
W
1/3
)
x
Ti1‑
x
O2的化学计量，分别称取纯度为
99.5
％以上的原料
WO3、
金红石
TiO2、A2O3进行配料，式中
A
代表<...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭战辉，杨国燕，杨祖培，晁小练，梁朋飞，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：