[发明专利]一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法

说明书

一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法，其配方化学计量式为Sr_1‑xEr_xTiO₃，x＝0,0.002,0.006,0.008,0.010,0.012,0.014，其中x为摩尔质量百分比。由经球磨煅烧粉碎后所得的SrTiO₃粉体和Er₂O₃粉体混合球磨烘干后制得。具有巨介电、超低损耗、高电阻率、制备工艺简单和环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及一种无铅陶瓷材料及其制备方法，特别涉及一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法。

背景技术

21世纪以来，由于对能源的巨大需求和微电子技术的快速发展，寻找高介电材料用于电子和储能器件引起了业界的广泛关注。目前，巨介电材料的研究主要集中在BaTiO₃，SrTiO₃，CaCu₃Ti₄O₁₂，NiO，TiO₂。巨介电常数(CP)材料指介电常数10⁴。然而，巨介电常数材料通常伴随着高介电损耗(0.05)可用于高电场、高温等环境中出现电阻急剧下降，导致电子器件老化和失效，缩短使用寿命，工业应用受到限制。

为了解决这一问题，核心的科学问题是调控材料中各种缺陷结构的集中和复合，以及形成的缺陷偶极子的迁移和扩散。目前解释介电材料降解的模型有两种:氧空位迁移模型和电导机制模型。氧空位迁移模型是解释电容器陶瓷材料降解的最公认和最经典的模型。介质中带正电荷的氧空位在电场的作用下逐渐向负极迁移，形成漏电流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，材料成本低，环境友好的通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的陶瓷材料其配方化学计量式为Sr_1-xEr_xTiO₃，x＝0，0.002，0.006，0.008，0.010，0.012或0.014，其中x为摩尔质量百分比。

本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤1：制备纯相SrTiO₃粉体；

按照化学式Sr_1-xEr_xTiO₃，x＝0，0.002，0.006，0.008，0.010，0.012或0.014，其中x为摩尔质量百分比，将SrCO₃、TiO₂和Er₂O₃混合球磨后烘干得混合物A；

步骤2：制备陶瓷材料

将经球磨烘干后的混合物A压块后于1100-1200℃煅烧2.5～3小时后粉碎研磨120目筛，制成Sr_1-xEr_xTiO₃粉体；

步骤3：制备陶瓷样品

将Sr_1-xEr_xTiO₃粉体压制成试样，并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于在管式炉中在氢气下于1490～1510℃进行烧结，烧结完成后冷却至室温后打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极浆料的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于管式炉中，在580～600℃的温度下烧结10～20min制得Sr_1-xEr_xTiO₃，其中x＝0,0.002,0.006,0.008,0.010,0.012,0.014陶瓷样品。