專利名稱：鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)(DRAM)和高介電電容器(MLCC)的介電陶瓷材料。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)市場(chǎng)對(duì)陶瓷電容器和微波介質(zhì)元件等實(shí)用型器件微型化、集成化、智能化的需求，介電陶瓷的研究越來越受到人們廣泛的重視，特別是在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ) (DRAM)和高介電電容器(MLCC)中有著廣泛的應(yīng)用前景。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)是目前電子計(jì)算機(jī)中用量最大的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器DRAM是由一個(gè)晶體管和一個(gè)電容器組成。隨著半導(dǎo)體硅芯片集成度的提高，存儲(chǔ)器DRAM的存儲(chǔ)密度也需要不斷地提高。為了順應(yīng)存儲(chǔ)器DRAM向高密度存儲(chǔ)方向發(fā)展的要求，目前國(guó)內(nèi)外科研工作者提出可能增大存儲(chǔ)器DRAM的存儲(chǔ)密度的途徑采用介電常數(shù)更大的新材料作為DRAM電容器單元的存儲(chǔ)電介質(zhì)。因此開發(fā)一種新的高介電常數(shù)材料成為目前的研究熱點(diǎn)。ACu3Ti4O12 (A為堿金屬或稀土金屬或空缺)這一族氧化物是在1967年被發(fā)現(xiàn)的， 人們對(duì)ACu3Ti4O12族氧化物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的測(cè)定，并測(cè)量了其介電性能，直到2000年 Subramanian和他的工作小組率先發(fā)現(xiàn)了 CaCu3Ti4O12陶瓷材料具有巨介電性，并于2000年 3月3日首次在Journal of Solid State Chemistry上報(bào)道了這種材料不僅具有非常高的介電常數(shù)(常溫、IkHz頻率下達(dá)IO4)，而且具有較高的溫度穩(wěn)定性。CaCu3Ti4O12單晶和陶瓷樣品都具有非常大的介電常數(shù)，比現(xiàn)有的多元氧化物的介電常數(shù)都要高許多，因此被認(rèn)為是具有重要應(yīng)用前景的介電材料之一，并引起了介電材料領(lǐng)域研究人員的極大關(guān)注。人們對(duì)這種材料的巨介電特性產(chǎn)生機(jī)理方面已經(jīng)進(jìn)行了較多的研究，在相結(jié)構(gòu)的分析和表征、 理論模型的建立和討論等各個(gè)方面做了很多的工作。研究發(fā)現(xiàn)CCTO材料在具有高介電常數(shù)的同時(shí)介電損耗也很高。很難廣泛地應(yīng)用于電容器、存儲(chǔ)器等需要高ε介質(zhì)的電子器件中。所以，尋找一種既具有高的介電常數(shù)和低的介電損耗，還具有好的溫度穩(wěn)定性的材料具有明顯的實(shí)際意義。因此本工作旨在ACu3Ti4O12結(jié)構(gòu)的氧化物中尋求和研究一種新的巨介電材料 Na0.5[Bi(1_x)LaJ0.5Cu3Ti4012,即通過研究 La 取代 Bi 對(duì)新的 Naa5[Bi(1_x)LaJa5Cu3Ti4O12 陶瓷材料的介電性能及溫度穩(wěn)定性的影響，從而尋找一個(gè)最佳組份和制備工藝，以期獲得能夠滿足動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)(DRAM)和高介電電容器(MLCC)等應(yīng)用的巨介電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種巨介電常數(shù)、低介電損耗及良好溫度穩(wěn)定性、實(shí)用性強(qiáng)的鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料的制備方法。解決上述技術(shù)問題所采用的方案是用下述通式表示的材料組成Naa5[Bi(1_x)LaJtl.5Cu3Ti4012，式中 0 < χ 彡 0. 20。用通式Natl. JBi(^)LaJa5Cu3Ti4O12表示的材料，其中χ的取值最佳為0. 10。上述Natl. JBi(H)LaJa5Cu3Ti4O12巨介電陶瓷材料的制備方法包括下述步驟1、配料合成按通式NaQ.jBidyLa^.sCuJiWu 的化學(xué)計(jì)量分別稱取原料 Na2C03、Bi203、La2O3> CuO、TiO2，混合均勻，將原料混合物裝入尼龍罐中，加入分散劑無水乙醇和球磨介質(zhì)瑪瑙球，無水乙醇與原料混合物的質(zhì)量比為1 1. 5 2. 5，用球磨400轉(zhuǎn)/分鐘球磨10小時(shí)， 分離瑪瑙球，將原料混合物放入干燥箱內(nèi)80°C干燥5 10小時(shí)，用研缽研細(xì)，過80目篩。2、預(yù)燒將過80目篩后的原料混合物置于氧化鋁坩堝內(nèi)，用瑪瑙棒壓實(shí)，使其壓實(shí)密度為 1. 5g/cm3，加蓋，置于電阻爐內(nèi)850 930°C預(yù)燒保溫5 15小時(shí)，自然冷卻至室溫，出爐。3、造粒將預(yù)燒后的燒塊用研缽研細(xì)，過160目篩，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液和丙三醇，混合原料與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液、丙三醇的質(zhì)量比為1 0.05 0. 09 0.005 0.02，攪拌，自然干燥，用研缽研細(xì)，過120目篩，制成球狀粉粒。4、壓片將造粒后的球狀粉粒放入直徑為15mm的不銹鋼模具內(nèi)，用IOOMPa的壓力將其壓制成15mm的圓柱狀坯件。5、排膠將圓柱狀坯件放入電阻爐內(nèi)，500°C保溫1小時(shí)，排除有機(jī)物。6.燒結(jié)在鋁坩堝蓋上均勻鋪Naa5Bia5Cu3Ti4O12陶瓷粉，在1100°C燒結(jié)7. 5小時(shí)，降到室溫，重復(fù)燒結(jié)步驟三次，自然冷卻到室溫，表面用砂紙打磨平滑，將排膠坯件放入處理過的氧化鋁坩堝蓋內(nèi)，扣上氧化鋁坩堝進(jìn)行密封，升溫速度2 5°C /分鐘，在950 990°C保溫 5 10小時(shí)，隨爐自然冷卻到室溫。7、燒銀將燒結(jié)好的陶瓷表面打磨，拋光至0.8 1.2mm厚，用功率為100W的超聲波清洗機(jī)、頻率為50kHz的超聲波清洗30分鐘，烘箱內(nèi)80°C烘干，在其上下表面涂覆厚度為0. 01 0. 03mm的銀漿，置于電阻爐中850°C保溫30分鐘，自然冷卻至室溫，制備成 Na0.5[Bi(1_x)LaJ0.5Cu3Ti4012 巨介電陶瓷材料。在本發(fā)明的預(yù)燒步驟2中，將過80目篩后的原料混合物置于氧化鋁坩堝內(nèi)，用瑪瑙棒壓實(shí)，使其壓實(shí)密度為1.5g/cm3，加蓋，置于電阻爐內(nèi)最佳900°C預(yù)燒保溫10小時(shí)，自然冷卻至室溫，出爐。在本發(fā)明的燒結(jié)步驟6中，在鋁坩堝蓋上均勻鋪Naa 5Bi0.5Cu3Ti4012陶瓷粉，在 1100°C燒結(jié)7. 5小時(shí)，降到室溫，重復(fù)燒結(jié)步驟三次，自然冷卻到室溫，表面用砂紙打磨平滑，將排膠坯件放入處理過的氧化鋁坩堝蓋內(nèi)，扣上氧化鋁坩堝進(jìn)行密封，升溫速度2 5°C /分鐘，最佳在970°C保溫7. 5小時(shí)，隨爐自然冷卻到室溫。采用本發(fā)明方法所制備的鑭取代鈦酸銅鉍鈉介電陶瓷材料與文獻(xiàn)報(bào)道的同類陶瓷材料相比，介電常數(shù)明顯增加和介電損耗明顯降低，室溫相對(duì)介電常數(shù)為10000 13000，可用于制備動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器電容的介質(zhì)材料以存儲(chǔ)信息，也可以作為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管邏輯器件的柵介質(zhì)。本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1 是 Natl. JBi(H)LaJa5Cu3Ti4O12 巨介電陶瓷材料的 XRD 圖。圖2是Naa5[Bi(1_x)Lax]a5CU3Ti4012巨介電陶瓷材料的介電常數(shù)隨頻率的變化關(guān)系圖。圖3是室溫下Naa5 [Bia_x)Lax]a5Cu3Ti4012巨介電陶瓷材料的介電常數(shù)和介電損耗與La含量的變化關(guān)系圖。圖4是低溫下Naa5 [Bia_x)Lax]a5Cu3Ti4012巨介電陶瓷材料的介電常數(shù)和溫度的變化關(guān)系圖。圖5是不同La含量的Natl. JBi(H)LaJa5Cu3Ti4O12巨介電陶瓷材料的阻抗譜圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1以制備用通式NautBidyLaJ^CuJiWu表示的介電陶瓷材料IOOg為例，式中χ 表示La原子的摩爾數(shù)，其取值為0. 10時(shí)，所用原料及其制備方法如下1、配料合成按通式Natl. JBia9tlLEici. i丄.5Cu3Ti4012 的化學(xué)計(jì)量分別稱取原料 Na2CO3 3. 79g、Bi2O3 15. 03g, La2O3 1. 17g、Cu0 34.21g、Ti02 45. 80g，混合均勻，將原料混合物裝入尼龍罐中，加入分散劑無水乙醇和球磨介質(zhì)瑪瑙球，無水乙醇與原料混合物的質(zhì)量比為1 2，用球磨 400轉(zhuǎn)/分鐘球磨10小時(shí)，分離瑪瑙球，將原料混合物放入干燥箱內(nèi)80°C干燥10小時(shí)，用研缽研細(xì)，過80目篩。2、預(yù)燒將研磨后的料置于氧化鋁坩堝內(nèi)，用瑪瑙棒壓實(shí)，使其松裝密度達(dá)到1. 5g/cm3，加蓋，在電阻爐內(nèi)850°C預(yù)燒保溫5小時(shí)，自然冷卻到室溫，出爐。3、造粒將預(yù)燒后的燒塊用研缽研細(xì)，過160目篩，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液 7g、丙三醇lg，混合原料與聚乙烯醇水溶液、丙三醇的質(zhì)量比為1 0.07 0.01，攪拌，自然干燥，用研缽研細(xì)，過120目篩，制成球狀粉粒。4、壓片將造粒后的粉料放入直徑為15mm的不銹鋼模具內(nèi)，用IOOMPa的壓力將其壓制成直徑為15mm的圓柱狀坯件。5、排膠將圓柱狀坯件放入電阻爐內(nèi)，500°C保溫1小時(shí)，排除有機(jī)物。6.燒結(jié)在鋁坩堝蓋上均勻鋪Naa5Bia5Cu3Ti4O12陶瓷粉，在1100°C燒結(jié)7. 5小時(shí)，降到室溫，重復(fù)燒結(jié)步驟三次，自然冷卻到室溫，表面用砂紙打磨平滑，將排膠坯件放入處理過的氧化鋁坩堝蓋內(nèi)，扣上氧化鋁坩堝進(jìn)行密封，升溫速度3°C /分鐘，在970°C保溫7. 5小時(shí)， 隨爐自然冷卻到室溫。7、燒銀將燒結(jié)后的陶瓷表面打磨，拋光至0.8 1.2mm厚，用功率為100W的超聲波清洗機(jī)、頻率為50kHz的超聲波清洗30分鐘，烘箱內(nèi)80°C烘干，在陶瓷表面涂覆厚度為0. 01 0. 03mm的銀漿，置于電阻爐中850°C保溫30分鐘，自然冷卻至室溫，制備成 Na0.5 [Bi0.90La0.10] 0.5Cu3Ti4012 巨介電陶瓷材料。實(shí)施例2以制備用通式Naa.jBidyLaUuJiWu表示的介電陶瓷材料IOOg為例，式中χ 表示La原子的摩爾數(shù)，其取值為0. 05時(shí)，所用原料及其制備方法如下在本實(shí)施例的配料合成步驟1中，按通式Natl. JBia95LEici. Ja5Cu3Ti4O12的化學(xué)計(jì)量分別稱取原料 Na2CO3 3. 79g、Bi2O3 15. 82g、La2O3 0. 59g、CuO 34. 12g、TiO2 45. 68g, 混合均勻，該步驟的其他步驟與實(shí)施例1相同。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成 Na0.5 [Bi0.95La0.05] 0.5Cu3Ti4012 巨介電陶瓷材料。實(shí)施例3以制備用通式Naa.jBidyLaUuJiWu表示的介電陶瓷材料IOOg為例，式中χ 表示La原子的摩爾數(shù)，其取值為0. 20時(shí)，所用原料及其制備方法如下在本實(shí)施例的配料合成步驟1中，按通式Natl. JBia8tlLEici. Ja5Cu3Ti4O12的化學(xué)計(jì)量分別稱取原料 Na2CO3 3. 82g、Bi2O3 13. 42g、La2O3 2. 35g, CuO 34. 38g、TiO2 46. 03g, 混合均勻，該步驟的其他步驟與實(shí)施例1相同。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成 Na0.5 [Bi0.80La0.20] 0.5Cu3Ti4012 巨介電陶瓷材料。實(shí)施例4在實(shí)施例1 3的配料合成步驟1中，無水乙醇的加入量與原料混合物的質(zhì)量比為1 1.5，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同。在造粒步驟3中，將預(yù)燒后的燒塊用研缽研細(xì)，過160目篩，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的聚乙烯醇水溶液5g、丙三醇0. 5g，混合原料與聚乙烯醇水溶液、丙三醇的質(zhì)量比為1 0.05 0.005，攪拌，自然干燥，用研缽研細(xì)，過120 目篩，制成球狀粉粒。其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同，制備成Na。. 5 [Bi (1_x)LaJ 0.5Cu3Ti4012巨介電陶瓷材料，在通式中，χ的取值與相應(yīng)的實(shí)施例相同。實(shí)施例5在實(shí)施例1 3的配料合成步驟1中，無水乙醇的加入量與原料混合物的質(zhì)量比為1 2. 5，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同。在造粒步驟3中，將預(yù)燒后的燒塊用研缽研細(xì)，過160目篩，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的聚乙烯醇水溶液9g、丙三醇2g，混合原料與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液、丙三醇的質(zhì)量比為1 0.09 0.02，攪拌，自然干燥， 用研缽研細(xì)，過120目篩，制成球狀粉粒。其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同，制備成Naa5 [Bi (1_x) LaJa5Cu3Ti4O12巨介電陶瓷材料，在通式中，χ的取值與相應(yīng)的實(shí)施例相同。實(shí)施例6在實(shí)施例1 5的配料合成步驟1中，將原料混合物放入干燥箱內(nèi)80 V干燥5小時(shí)，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同。在預(yù)燒步驟2中，將過80目篩后的原料混合物置于氧化鋁坩堝內(nèi)，用瑪瑙棒壓實(shí)，使其壓實(shí)密度為1. 5g/cm3,加蓋，置于電阻爐內(nèi)850°C預(yù)燒保溫15小時(shí)，自然冷卻至室溫，出爐。在燒結(jié)步驟6中，將排膠后的坯件放入氧化鋁坩堝內(nèi)，蓋上氧化鋁坩堝蓋進(jìn)行密封，以2V /分鐘的升溫速度升溫至950°C，保溫10小時(shí)，隨爐自然冷卻至室溫。其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同，制備成Naa 5 [Bi (1_x)LaJ 0.5Cu3Ti4012巨介電陶瓷材料，在通式中，χ的取值與相應(yīng)的實(shí)施例相同。實(shí)施例7在實(shí)施例1 5的配料合成步驟1中，將原料混合物放入干燥箱內(nèi)80 V干燥10小時(shí)，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同。在預(yù)燒步驟2中，將過80目篩后的原料混合物置于氧化鋁坩堝內(nèi)，用瑪瑙棒壓實(shí)，使其壓實(shí)密度為1. 5g/cm3,加蓋，置于電阻爐內(nèi)930°C預(yù)燒保溫5小時(shí)，自然冷卻至室溫，出爐。在燒結(jié)步驟6中，將排膠后的坯件放入氧化鋁坩堝內(nèi)，蓋上氧化鋁坩堝蓋進(jìn)行密封，以5°C /分鐘的升溫速度升溫至990°C，保溫5小時(shí)，隨爐自然冷卻至室溫。其他步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同，制備成Naa 5 [Bi (1_x)LaJ 0.5Cu3Ti4012巨介電陶瓷材料，在通式中，χ的取值與相應(yīng)的實(shí)施例相同。為了確定本發(fā)明的最佳配比以及最佳工藝步驟，發(fā)明人進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室研究實(shí)驗(yàn)，各種實(shí)驗(yàn)情況如下測(cè)試儀器精密LCR電橋測(cè)試儀，型號(hào)為HP4294A，由安捷倫科技有限公司生產(chǎn)； 精密阻抗分析儀，型號(hào)為HP4294A，由安捷倫科技有限公司生產(chǎn)；X射線衍射儀，型號(hào)為D/ max-2200,由日本理學(xué)公司生產(chǎn)；掃描電鏡型號(hào)為Quanta 200，由荷蘭菲利浦FEI公司生產(chǎn)。1、確定La的取代量按通式NaQ.jBidyLa^.sCuJiWu 的化學(xué)計(jì)量分別稱取原料 Na2C03、Bi203、La2O3> CuO, TiO2共5份，式中χ的取值分別為0. 00,0. 05,0. 10,0. 15,0. 20，按照實(shí)施例1中的方法制備成介電陶瓷材料。所制備的介電陶瓷材料用D/max-2200型X射線衍射儀分別進(jìn)行表征，結(jié)果見圖1。圖1中的曲線分別是用通式妝^郎⑹！^^燦^力口表示的介電陶瓷材料中 χ 的取值為 0. 00,0. 05,0. 10,0. 15,0. 20 時(shí)，所制備的 Naa5[Bi(1_x)I^Ja5Cu3Ti4O12 巨介電陶瓷材料的XRD圖。從圖1可以看出當(dāng)χ為0.00、0. 05時(shí)，出現(xiàn)CuO或Cu2O的雜峰。隨著χ值的增加，CuO或Cu2O峰的強(qiáng)度逐漸減弱；當(dāng)χ為0. 10時(shí)，CuO或Cu2O的特征峰消失，獲得了純的
Naa5[Bi (H)LaJa5Cu3Ti4O12 相。結(jié)合 JCPDS No. 75-2188 可知，Naa5 [Bi(1_x)LajJa5Cu3Ti4O12 相呈體心立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，La的加入促進(jìn)了固相反應(yīng)的進(jìn)行使之在較低溫度下已形成 Naa5 [Bi (H)LaJa5Cu3Ti4O12 純相。圖2給出了介電常數(shù)隨頻率的變化關(guān)系圖。當(dāng)頻率為40Hz IOOkHz時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)基本不隨頻率發(fā)生變化；當(dāng)頻率大于IOOkHz時(shí)，介電常數(shù)開始迅速下降。當(dāng)χ為0. 00、 0. 05,0. 10，在頻率為40Hz IOOkHz，其介電常數(shù)都在1.0X104以上。圖3給出了室溫下的介電常數(shù)和損耗與La含量的變化關(guān)系圖。由圖3可以看出， 隨著La含量的增加，所制備的陶瓷的介電常數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，但介電損耗卻呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)。當(dāng)χ為0. 10時(shí)，陶瓷的各項(xiàng)性能最佳。圖4給出了低溫下的介電常數(shù)和溫度的變化關(guān)系圖。如圖所示， Na0.5Bi0.45La0.05Cu3Ti4O12陶瓷表現(xiàn)出較高的介電常數(shù)為1. 02 X IO4和最小的介電損耗為0.022。陶瓷在-50到150°C測(cè)試溫度范圍內(nèi)都具有良好的溫度穩(wěn)定性(-4. 00% -0. 69% )。結(jié)果說明Naa5 [Bi(H)LaJa5Cu3Ti4O12陶瓷具有較高的介電常數(shù)和很好的溫度穩(wěn)定性。圖5給出了不同La含量的Naa5[Bia_x)Lax]Q.5Cu3Ti4012阻抗譜圖。采用等效電路模型，此等效并聯(lián)電路是由兩個(gè)平行的電阻和電容組成，其中艮和Cg，Rgb和Cgb分別代表晶粒、晶界的電阻和電容。晶界的電阻和電容比晶粒的電阻和電容大得多。復(fù)阻等效電路的復(fù)阻抗Z*可表示為Z*= (l/Rg+j Cb)-l+(l/Rgb+jcoCgb)-l。在復(fù)平面解析圖中，大半圓表示晶界在低頻的電阻，而小半圓表示晶粒在高頻的電阻。從圖5中可以看到模擬曲線與測(cè)量曲線相當(dāng)吻合。為了證明本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1制備的 Na0.5 [Bi0.90La0.10] 0.5Cu3Ti4012巨介電陶瓷材料進(jìn)行了性能測(cè)試，測(cè)試方法和結(jié)果如下測(cè)試方法測(cè)量試樣厚度T和直徑t，用HP4294A型精密LCR測(cè)試儀測(cè)出室溫下以及用E4980A型精密LCR測(cè)試儀測(cè)出升溫條件下不同頻率樣品的電容C和介電損耗tan δ， 根據(jù)下式再算出相對(duì)介電常數(shù)ε
權(quán)利要求
1.一種鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料，其特征在于用通式Naa5[Bi(1_x) LaJa5Cu3Ti4O12表示的材料組成，式中0 < χ彡0. 20。
2.按照權(quán)利要求1所述的鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料，其特征在于在通式 Naa5[Bi(1_x)Lax]Q.5Cu3Ti4012 中，χ 的取值為 0. 10。
3.一種制備權(quán)利要求1鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料的制備方法，其特征在于它包括下述步驟(1)配料合成按上述通式化學(xué)計(jì)量的化學(xué)計(jì)量分別稱取原料Na2C03、Bi203、La2O3^ CuO、TiO2,混合均勻，將原料混合物裝入尼龍罐中，加入分散劑無水乙醇和球磨介質(zhì)瑪瑙球，無水乙醇與原料混合物的質(zhì)量比為1 1. 5 2. 5，用球磨400轉(zhuǎn)/分鐘球磨10小時(shí)，分離瑪瑙球，將原料混合物放入干燥箱內(nèi)80°C干燥5 10小時(shí)，用研缽研細(xì)，過80目篩；(2)預(yù)燒將過80目篩后的原料混合物置于氧化鋁坩堝內(nèi)，用瑪瑙棒壓實(shí)，使其壓實(shí)密度為 1. 5g/cm3，加蓋，置于電阻爐內(nèi)850 930°C預(yù)燒保溫5 15小時(shí)，自然冷卻至室溫，出爐；(3)造粒將預(yù)燒后的燒塊用研缽研細(xì)，過160目篩，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液和丙三醇，混合原料與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液、丙三醇的質(zhì)量比為1 0.05 0. 09 0.005 0.02，攪拌，自然干燥，用研缽研細(xì)，過120目篩，制成球狀粉粒；(4)壓片將造粒后的球狀粉粒放入直徑為15mm的不銹鋼模具內(nèi)，用IOOMPa的壓力將其壓制成 15mm的圓柱狀坯件；(5)排膠將圓柱狀坯件放入電阻爐內(nèi)，500°C保溫1小時(shí)，排除有機(jī)物；(6)燒結(jié)在鋁坩堝蓋上均勻鋪Naa5Bia5Cu3Ti4O12陶瓷粉，在1100°C燒結(jié)7. 5小時(shí)，降到室溫，重復(fù)燒結(jié)步驟三次，自然冷卻到室溫，表面用砂紙打磨平滑，將排膠坯件放入處理過的氧化鋁坩堝蓋內(nèi)，扣上氧化鋁坩堝進(jìn)行密封，升溫速度2 5°C /分鐘，在950 990°C保溫5 10 小時(shí)，隨爐自然冷卻到室溫；(7)燒銀將燒結(jié)好的陶瓷表面打磨，拋光至0. 8 1. 2mm厚，用功率為100W的超聲波清洗機(jī)、 頻率為50kHz的超聲波清洗30分鐘，烘箱內(nèi)80°C烘干，在其上下表面涂覆厚度為0. 01 0. 03mm的銀漿，置于電阻爐中850°C保溫30分鐘，自然冷卻至室溫，制備成鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料。
4.按照權(quán)利要求3所述的鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料的制備方法，其特征在于在燒結(jié)工藝步驟(6)中，在鋁坩堝蓋上均勻鋪Naa5Bia5Cu3Ti4O12陶瓷粉，在1100°C燒結(jié) 7. 5小時(shí)，降到室溫，重復(fù)燒結(jié)步驟三次，自然冷卻到室溫，表面用砂紙打磨平滑，將排膠坯件放入處理過的氧化鋁坩堝蓋內(nèi)，扣上氧化鋁坩堝進(jìn)行密封，升溫速度2 5°C /分鐘，在 970°C保溫7. 5小時(shí)，隨爐自然冷卻到室溫。
全文摘要
一種鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷材料，用通式Na0.5[Bi(1-x)Lax]0.5Cu3Ti4O12表示的材料組成，式中0＜x≤0.20。其制備方法包括配料合成、預(yù)燒、造粒、壓片、排膠、燒結(jié)、燒銀工藝步驟，工藝步驟簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成品率高。本發(fā)明制備的鑭取代鈦酸銅鉍鈉巨介電陶瓷經(jīng)測(cè)試，介電常數(shù)為1.02×104、最小的介電損耗為0.022；陶瓷在-50℃到150℃測(cè)試溫度范圍內(nèi)都具有良好的溫度穩(wěn)定性(-4.00％～-0.69％)。本發(fā)明的巨介電陶瓷材料可用于陶瓷電容器、微波介質(zhì)元件等實(shí)用型器件中，特別是在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)和高介電電容器中有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C04B35/475GK102219508SQ20111006364
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者任紅梅, 晁小練, 楊祖培 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)