[发明专利]基于成分梯度提高钛酸钡基陶瓷介电温度稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种基于成分梯度提高钛酸钡基陶瓷介电温度稳定性的方法。首先在TiO₂、BaCO₃的基料中掺入Sn⁴⁺离子，采用传统固相合成制备工艺，预烧后获得具有不同居里温度的钛酸钡基陶瓷粉料；其次以体系的三临界点(即三临界效应)对应成分为核心设计梯度材料成分及其顺序，然后将粉料逐层平铺并压制成块；最后经固相烧结获得钛酸钡基梯度陶瓷，再通过线锯切割机沿成分变化方向切割圆柱型陶瓷得到两个平整截面，从而通过并联的成分梯度实现铁电陶瓷介电温度稳定性的提高。本发明能够使钛酸钡基陶瓷在保持较高介电常数的基础上改善其温度稳定性，为多层陶瓷电容器(MLCC)性能的优化提供了新的思路，且操作简便。

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料领域，具体涉及一种基于成分梯度提高钛酸钡基陶瓷介电温度稳定性的方法。

背景技术

钛酸钡系列电子陶瓷是近几十年来发展起来的一类新型功能陶瓷，是应用最广泛的钙钛矿铁电体之一，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。钛酸钡陶瓷材料因具有优良的介电、压电、电致伸缩、电光性能以及长寿命的绝缘特性，可用于热敏电阻(PTCR)、压电器件、多层陶瓷电容器(MLCC)、电致伸缩装置、电光装置和DRAM器件。近年来，移动电子设备的小型化使得MLCC逐渐向低成本、小型化、大容量的方向发展。由于钛酸钡陶瓷具有高介电常数，能在较小的体积内储存较大的电能，且环保无污染，因而成为陶瓷电容器特别是MLCC的首选介质材料。

钛酸钡陶瓷虽然具有较高的介电常数，但介电常数在居里点(顺电-铁电相变点处)附近有较大突变，且随环境温度的变化较大，例如，纯的钛酸钡陶瓷在常温时介电常数约为1000，当温度升高到居里温度Tc＝120℃左右时，电容率ε_r可达6000～10000。因此在保持钛酸钡基陶瓷高介电特性的基础上改善其温度稳定性是目前MLCC的研究热点之一。现阶段改善钛酸钡基陶瓷介电温度稳定性的方法主要有两种：一种是物理方法，通过居里温度不同的两相或多相进行复合，包括复相陶瓷(PMN-PZT、PNN-PZT等)和薄膜叠层技术(电极层和陶瓷层交错排布，共烧扩散)。另一种是化学法，也有两种方法——微量掺杂法(具有“展峰效应”的Mg²⁺、Ca²⁺、Sn⁴⁺、Zr⁴⁺)和“壳-芯”结构法(BaTiO₃-Nb₂O₅-Co₂O₃、BaTiO₃-MgO-Ho₂O₃等)。

对于现有的物理方法，复相陶瓷技术多应用于含铅陶瓷体系，无铅陶瓷的方面还未普及；叠层技术则是薄膜结构的改良手段，块体陶瓷并未有尝试。对于现有的化学方法，不论是微量掺杂还是“壳-芯”结构，都不能明确的预测改良后的陶瓷介电温谱，结果具有偶然性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于成分梯度提高钛酸钡基陶瓷介电温度稳定性的方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过在钛酸钡基陶瓷三临界点附近构造成分梯度来提高其介电温度稳定性，在MLCC性能优化方面具有一定的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于成分梯度提高钛酸钡基陶瓷介电温度稳定性的方法，包括以下步骤：

(1)对于掺杂了离子的钛酸钡陶瓷体系，确定该体系的三临界点成分；

(2)以钛酸钡陶瓷体系的三临界点成分为中心，在三临界点成分的两端对称选取若干个成分点；

(3)分别按照不同的成分比称量其所需的原料；

(4)分别将不同成分点所对应的原料进行一次球磨，得到混合均匀的一次球磨样品；

(5)将步骤(4)得到的球磨样品烘干，研磨至粉末状后，压紧并煅烧得到不同成分点对应的预烧样品；