[发明专利]一种高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷领域，具体是涉及一种高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷及其制备方法。

背景技术

进入二十一世纪，随着电子计算机和集成电路等微电子行业的快速发展，要求电子元器件向微型化、小型化和集成化发展。陶瓷电容器是电子、电力工业中一种常用的电子、电器元器件。高介电常数材料指介电常数大于1000的材料。然而，大多数高介电常数的材料总会因为某一方面的缺陷从而限制它的应用，例如，铁电体BaTiO₃基陶瓷对温度有强烈的依赖性，非铁电体CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)的介电起源至今还不清楚。因此，为了满足快速发展的设备要求，寻求一种频率稳定性好的的高介电常数材料刻不容缓。TiO₂是一种介电常数约为120，损耗低，电导率低，抗击穿场强高的介电材料。2013年，刘芸等人发现铟和铌共掺二氧化钛具有很高的介电常数，其介电常数>10³。目前，对于三价和五价离子掺杂TiO₂产生的巨介电起源广泛承认的有两种观点，一种刘芸等人提出的由缺陷偶极子产生的电子钉扎效应，另一种是西安交通大学李景雷等人提出的内阻挡层电容效应。但无论哪种观点获得的二氧化钛基材料的介电常数都在10⁴左右；并且现有技术中通过不同三价离子和五价离子掺杂二氧化钛以期望获得更高介电常数的材料，但到目前为止，这种材料的介电常数都未超过10⁴。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷及其制备方法，所述的陶瓷材料介电常数高达10⁵并且制备方法简单，成本低，可工业化生产。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷，所述的高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷的化学式为(Eu_0.5Nb_0.5)_xTi_1-xO₂，其中，x的取值范围为0.002～0.1。

优选的，致密度达到96％以上，在室温下的介电常数能够达到10⁵，平均晶粒尺寸在2.1～2.81um。

一种高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷的制备方法，包括如下步骤，

(1)按(Eu_0.5Nb_0.5)_xTi_1-xO₂的标准化学计量比准确称量Eu₂O₃，Nb₂O₅和TiO₂，并研磨得到粉料后作为原料，其中，x的取值范围为0.002～0.1；

(2)将步骤(1)中得到的粉料在1150℃～1200℃下空气中锻烧2～3h，然后再次研磨，之后烘干得到混合均匀的粉料；

(3)将步骤(2)中得到的混合均匀的粉料进行压片，再通过陶瓷坯体成型工艺制成陶瓷坯体；

(4)将陶瓷坯体在1350℃～1400℃下烧结，然后对陶瓷表面进行打磨和清洗后被银，从而得到高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷。

优选的，所述步骤(1)中采用湿法球磨进行研磨，湿法球磨中球、去离子水和粉料的质量比为(0.5～1):(1.12～2.2):(1～2)。

优选的，所述步骤(1)中，研磨时，使用行星球磨机进行湿法球磨，转速为250～300r/min，球磨的时间为3～5h。

优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中，烘干温度均为80～90℃，时间均为12～20h。

优选的，所述步骤(3)中，所述陶瓷坯体成型工艺采用冷等静压工艺。

优选的，所述步骤(3)制备陶瓷坯体的具体步骤为，先使用单轴压片机将混合均匀的粉料压成圆片，再使用冷等静压机在200MPa的压力和保压时间为2～3min的条件下冷等静压获得密度均匀的陶瓷坯体。

优选的，所述步骤(4)陶瓷表面分别用粗砂纸和细砂纸进行打磨并用酒精超声清洗后，涂上一层为0.01-0.03mm的银浆，烘干后在600～650℃下烧制15～30min，得到高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：