[发明专利]一种具有低介电性能和低损耗的钛酸铋钠基无铅压电铁电材料

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷元件制备技术领域，特别是一种具有低介电性能的钛酸铋钠基无铅压电铁电陶瓷材料，它是一种新型低介电常数、低介电损耗的钙钛矿的压电陶瓷材料，在集成电路的陶瓷基板，中介质微波陶瓷，高频器件间信息的传输，铁电材料等具有广泛的运用前景。

背景技术

铁电、压电材料是一种信息功能材料。广泛应用于电子信息、集成电路、计算机等科学技术领域，是许多新型电子元器件的基础材料。集成电路的发展已处于一定的瓶颈区，积极寻求边缘创新，在大生态，大融合的电子产业发展背景下，寻找优于已经存在的陶瓷高性能陶瓷，毋庸置疑，会为集成电路的发展带来突破点。根据环保和可持续发展的要求，研发新型环境友好的陶瓷电介质已是大势所趋。同时，铁电，压电陶瓷在电子技术的应用中非常广泛，从目前看来，含铅的铁电、压电陶瓷在市场中占有极其重要的统治地位。这种PZT材料给环境带来沉重的负担，其含有毒的PbO质量百分比通常在50％以上，这样对人体和环境造成很大的危害。因而，发展无铅铁电陶瓷介质和压电陶瓷材料就成为了当前铁电陶瓷材料一项有待解决的重要课题。顺应陶瓷发展的趋势，NBT陶瓷正取代含铅或其他有毒材料，在陶瓷电容器、PTC热敏电阻等方面有很好的应用前景。这种陶瓷，Na_0.5Bi_0.5TiO₃(简称NBT)是较早发现的钙钛矿结构的典型的无铅材料，为A位复合离子钙钛矿型铁电体，室温下属三方晶相，居里温度Tc为320℃，具有强铁电性，压电性能良好，介电常数较小(240～340)及声学性能佳、烧结温度低等特点，是目前研究最广泛、最具有实用化前景的无铅压电陶瓷体系之一。而在贾保祥的《锑代替铋对铋锌铌陶瓷介电性能的影响》报道，该陶瓷作为中介电常数的微波介电陶瓷，介电常数范围为20～200，介电损耗约为0.001，而实现高速化、高频化等重要性能的PCB基板陶瓷，其损耗也一般为10^-4。损耗过大的材料，用于高频、滤波器等通讯方面，对信号传播的衰减有重要影响，将会满足不了人们对于大数据，大容量的需求。介电损耗越小，信号传播的衰减越小，所以，开发介电常数更小，损耗更小的陶瓷材料，在通讯，集成电路基板上面具有广大意义。

发明内容

本发明的目的是提供出一种新性能的钛酸铋钠基无铅介电陶瓷材料及其制备方法，本发明的陶瓷材料是具有高稳定性、低介电性能、低损耗的新型钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材料，相对于常用NBT(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)等无铅压电陶瓷材料具有更低的介电常数和更低的损耗角。

本发明的一种新型能的钛酸铋钠基钙钛矿无铅介电陶瓷材料，其化学通式为：NaBiTi₆O₁₄。用传统固相法经两次预烧，一次烧结而成。

本发明还提出一种新性能的钛酸铋钠基无铅介电陶瓷材料的制备方法，其方法包括以下步骤：

(1)反应物为Na₂CO₃,TiO₂和Bi₂O₃(纯度为99％)，反应物在干燥器中冷却至室温后由化学通式计量比称重得到，样品通过传统的固相法加工制备。具体配方如下：