本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种高击穿电压陶瓷介电材料及其制备方法。
背景技术：
：介电材料（dielectricmaterial）又称电介质，是可用于控制存储电荷及电能的电的绝缘材料，在现代电子及电力系统中具有重要的战略地位。介电材料主要包括电容器介电材料和微波介电材料两大体系。其中用作电容器介质的介电材料，要求材料的电阻率高，介电常量大，在整个介电材料中占有很大比重。介电材料也可分为有机和无机两大类，种类繁多。人们对介电材料的研究最初是从无机压电陶瓷材料开始的，无机压电陶瓷材料具有高介电常数和高热电稳定性，已经被人们广泛的应用于电子器件或电子产品中。但随着信息和微电子工业的飞速发展，电子产业在向着半导体器件的微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的转变，电子领域对电子器件的高性能化、微型化、稳定化和多状态转变的需求更加迫切。同样，在介电材料领域，越来越多的电子元件（如介质基板、介质天线、嵌入式薄膜电容等）对介电材料介电性能的要求进一步提升，因此，研发更高性能、更稳定的新型介电陶瓷成为热点。高介电氧化物材料是电容性器件实现大容量化和尺寸微型化的重要基础，因此受到越来越多的关注。传统上，相对介电常数大于1000的高介电氧化物材料大体上可分为两类。其中一类是由于内部阻挡层电容（IBLC）效应引起的有效介电常数很大的材料，该类材料的内部微观组织结构中的晶粒具有较低的电阻率、呈现半导电体的性质，而晶界具有较高的电阻率、呈现绝缘体的性质，导致宏观上表现出巨大的相对介电常数。但是，当外加电压施加于这类材料时，由于其微观组织结构所具有的特殊电学性质，外加电压值的绝大部分降落在晶界层，而晶界层的厚度通常很薄，因而造成局部的电场强度很高，非常容易击穿。因此，IBLC效应缘起的高介电氧化物材料通常都存在着耐电场强度不高的严重问题。技术实现要素：本发明的目的在于克服现今由于内部阻挡层电容（IBLC）效应引起的有效介电常数很大的陶瓷介电材料存在的耐电场强度不高，即击穿电压低的缺陷，提供一种具有高击穿电压的陶瓷介电材料及其制备方法；本发明在通过对CaCu3Ti4012晶粒进行化学包覆-共烧结处理，形成了晶界层厚度更厚的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，从而提升晶界层被击穿的电场强度，即提高了击穿电压，使该陶瓷介电材料适用范围更大，应用更广泛，为电子器件的微型化提供材料保障。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，包括以下步骤：1、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在950-1050℃的温度下进行预烧结，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、包覆：将CaCu3Ti4012的前驱体颗粒均匀分散在丙三醇溶液中形成混合悬浮液，在混合悬浮液中加入氢氧化钡溶液和碳酸氢钠溶液，反应包覆完成后，过滤，烘干得包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒；3、烧结：将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1450-1500℃的温度下烧结30-60min后，降温至1200-1300℃，烧结2-10h，冷却得到高击穿电压陶瓷介电材料。一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，先利用在预烧结条件下，形成的CaCu3Ti4012晶粒存在晶粒间空隙大，密度小的特点，通过球磨粉碎形成单晶粒；再利用液相化学包覆的方法将碳酸钡沉淀包覆在晶粒表面；最后通过控制烧结的温度，先将碳酸钡分解，再与CaCu3Ti4012晶粒共烧结形成具有更厚晶界层的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，由该晶粒组成的陶瓷介电材料不仅保持原有CaCu3Ti4012材料的高介电常数，还具有了更高的击穿电压；本发明方法简单、稳定、可靠，适合该陶瓷介电材料的大规模、工业化生产。上述一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，其中步骤1所述的预烧结能形成晶粒间空隙大，密度小的CaCu3Ti4012晶粒，有利于粉碎过程中晶粒的分散，得到单晶粒；优选的，所述预烧结时间为6-20h，预烧结时间过长，能源消耗大，得到的晶粒间空隙变小，密度增加，不利于后期的进一步处理，预烧结时间过短，反应时间不足，CaCu3Ti4012晶粒含量太低；最优选的，所述预烧结时间为8-10h。其中，优选的，所述的预烧结温度为1000℃；该温度条件下，烧结得到的CaCu3Ti4012晶粒大小最适中，性能最稳定。上述一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，其中，优选的，步骤1所述的CaCu3Ti4012的前驱体颗粒粒径在3-6μm；由于在步骤1中预烧结条件下得到的CaCu3Ti4012晶粒粒径在3-5μm之间，所以，将其粉碎研磨后的粒径控制在该范围内，得到的颗粒中单晶粒所占的比重更大。上述一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，其中，优选的，步骤2所述的氢氧化钡溶液浓度为0.01-0.5mol/L；浓度过大，反应速度过快，晶粒表面沉积的碳酸钡厚度不均匀，影响材料的电化学性能。其中，优选的，所述氢氧化钡溶液中Ba与CaCu3Ti4012的物质的量之比为1-3︰10；Ba的用量与晶粒表面覆盖的碳酸钡的厚度有关，厚度越大，击穿电压越大，但介电常数迅速下降；最优选的，所述氢氧化钡溶液中Ba与CaCu3Ti4012的物质的量之比为2︰10。上述一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，其中，优选的，步骤2所述的碳酸氢钠溶液液浓度为0.01-0.5mol/L；浓度过大，反应速度过快，晶粒表面沉积的碳酸钡厚度不均匀，影响材料的电化学性能；优选的，所述氢氧化钡与碳酸氢钠的物质的量之比为1︰1。上述一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，其中，优选的，步骤2中所述的反应包覆时间为1-3h；反应时间太短，包覆不完全，厚度不均匀，反应时间过长，晶粒团聚，不利于后期的烧结。上述一种高击穿电压陶瓷介电材料的制备方法，其中，优选的，步骤3中将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1480℃的温度下烧结40min后，降温至1250℃，烧结5h，冷却得到高击穿电压陶瓷介电材料；采用该条件得到的介电材料晶粒大小更均匀，晶界厚度均匀，晶粒结构稳定，其介电常数高，击穿电压大。为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了一种高击穿电压陶瓷介电材料，该材料是通过上述制备方法制备得到的，该材料具有介电常数高，击穿电压大的优点，该陶瓷介电材料适用范围更大，应用更广泛，为电子器件的微型化提供材料保障。与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明方法通过对烧结温度和制备过程的控制，通过液相化学包覆和再烧结形成了晶粒晶界层厚度更大的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，其击穿电压得到显著提高。2、本发明方法制备得到的陶瓷介电材料具有高介电常数、高击穿电压的优点，其适用范围更大，应用更广泛，为电子器件的微型化提供材料保障。3、本发明方法简单、稳定、可靠，适合高击穿电压陶瓷介电材料的大规模、工业化生产。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例11、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在1000℃的温度下进行预烧结8h，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、包覆：将0.01molCaCu3Ti4012的前驱体颗粒均匀分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合悬浮液，在混合悬浮液中加入200ml、0.01mol/L的氢氧化钡溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氢钠溶液，反应包覆2h后，过滤，烘干得包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒；3、烧结：将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1480℃的温度下烧结40min后，降温至1250℃，烧结5h，冷却得到高击穿电压陶瓷介电材料。实施例21、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在950℃的温度下进行预烧结10h，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、包覆：将0.01molCaCu3Ti4012的前驱体颗粒均匀分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合悬浮液，在混合悬浮液中加入100ml、0.03mol/L的氢氧化钡溶液和100ml、0.03mol/L的碳酸氢钠溶液，反应包覆1.5h后，过滤，烘干得包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒；3、烧结：将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1500℃的温度下烧结30min后，降温至1300℃，烧结2h，冷却得到高击穿电压陶瓷介电材料。实施例31、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在1050℃的温度下进行预烧结6h，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、包覆：将0.015molCaCu3Ti4012的前驱体颗粒均匀分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合悬浮液，在混合悬浮液中加入10ml、0.5mol/L的氢氧化钡溶液和10ml、0.5mol/L的碳酸氢钠溶液，反应包覆1h后，过滤，烘干得包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒；3、烧结：将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1500℃的温度下烧结60min后，降温至1300℃，烧结2h，冷却得到高击穿电压陶瓷介电材料。实施例41、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在1000℃的温度下进行预烧结20h，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、包覆：将0.01molCaCu3Ti4012的前驱体颗粒均匀分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合悬浮液，在混合悬浮液中加入100ml、0.01mol/L的氢氧化钡溶液和100ml、0.01mol/L的碳酸氢钠溶液，反应包覆3h后，过滤，烘干得包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒；3、烧结：将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1500℃的温度下烧结50min后，降温至1250℃，烧结8h，冷却得到高击穿电压陶瓷介电材料。对比例11、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在1000℃的温度下进行预烧结8h，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、烧结：将CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1480℃的温度下烧结40min后，降温至1250℃，烧结5h，冷却得到陶瓷介电材料。对比例21、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在1100℃的温度下进行预烧结8h，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、包覆：将0.01molCaCu3Ti4012的前驱体颗粒均匀分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合悬浮液，在混合悬浮液中加入200ml、0.01mol/L的氢氧化钡溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氢钠溶液，反应包覆2h后，过滤，烘干得包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒；3、烧结：将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1480℃的温度下烧结40min后，降温至1250℃，烧结5h，冷却得到陶瓷介电材料。对比例31、前驱体制备：根据化学计量比将碳酸钙、氧化铜和二氧化钛进行混合球磨后，在1000℃的温度下进行预烧结8h，冷却，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驱体颗粒；2、包覆：将0.01molCaCu3Ti4012的前驱体颗粒均匀分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合悬浮液，在混合悬浮液中加入200ml、0.01mol/L的氢氧化钡溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氢钠溶液，反应包覆2h后，过滤，烘干得包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒；3、烧结：将包覆有碳酸钡的CaCu3Ti4012前驱体颗粒在1250℃的温度下烧结40min后，升温至1450℃，烧结5h，冷却得到陶瓷介电材料。实验组市售CaCu3Ti4012陶瓷介电材料。将上述实施例1-4和对比例1-3中所制备得到的陶瓷介电材料和实验组的介电材料进行性能检测（25℃，10KHz），记录实验结果，记录数据如下：编号介电常数击穿电压（KV/mm）介电损耗（%）实施例19814.70.05实施例29614.40.05实施例39513.20.05实施例49613.80.05对比例11027.60.06对比例2989.60.06对比例31088.30.05实验组1047.50.06对上述实验数据分析可知，实施例1-4中采用本发明技术方案制备得到的陶瓷介电材料与现有的CaCu3Ti4012陶瓷介电材料相比，介电常数稍有降低，而介电损耗减小，击穿电压显著增大；同时，对比所有实施例1-4和对比例1-3可知，陶瓷介电材料的制备过程中，前驱体的制备温度和最后的烧结时不同温度的烧结顺序均对介电材料的击穿电压有显著影响。当前第1页1 2 3