一种温度稳定型无铅巨介电常数陶瓷材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能陶瓷制备技术领域，涉及一种介电陶瓷材料，尤其是一种温度稳 定型无铅巨介电陶瓷材料。
[0002]
【背景技术】
[0003] 高介电常数陶瓷材料具有高的储能密度，广泛应用于电子、通讯等众多高科技领 域的关键电子元器件中，如电阻器、电容器、滤波器、传感器等。电子信息技术的飞速发展使 得电子工业对于集成度的要求越来越高，促使电子元器件的微型化、小型化、高稳定性及集 成化成为必然趋势。巨介电常数材料具有非常高的介电常数，在很小的体积能够存储很高 的电容，因而，具有很大的体积优势，大大降低了原材料成本，集成度也大大提高。因此，研 究开发出高效的、重复性较好的巨介电常数材料对于电子电路小型化与微型化具有非常重 要的意义。
[0004] 最早研究的巨介电常数陶瓷是BaTi03基以及Pb基钙钛矿铁电或弛豫铁电体，如 Pb(Zr，Ti) 03、Pb(Mg1/3Nb2/3) 03-PbTi0^。上述材料在铁电-顺电相变温度附近的介电常数 往往高于非相变区一个数量级以上，介电常数会随着温度的变化而发生剧烈变化，不利于 保持微电子器件和半导体器件的热稳定性。此外，Pb基铁电材料在制备和使用过程中，Pb 不仅会对环境造成污染，而且给人体也会带来很大的危害，不利于可持续发展战略的实施。 因此越来越多的研究放在了探索不含铅、介电常数稳定的高介电常数材料体系上。
[0005] 基于以上分析，本发明设计了（l-iLiCuNt^Og-jfii(MgQ.5ZrQ.5)OJI^，其中，j「为摩 尔比，0. 02 0. 08。结果显示该陶瓷具有较高的介电常数（> 23000)，特别是在z=0. 04 时，介电常数高达48000,在100-250°C测试温度范围内，介电常数温度变化率（Ae/e在±15%以内，是一种性能优良的无铅巨介电常数陶瓷。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明通过引入具有相同钙钛矿结构的Bi(Mga5Zra5)0#LiCuNb309形成固溶体 以提高陶瓷材料的介电常数及其温度稳定性，从而获得一种低成本、性能优异的无铅巨介 电常数陶瓷材料。
[0008] 本发明涉及一种温度稳定型无铅巨介电常数陶瓷材料，其化学组成式为：（l-z)Li &1恥309-冰1〇\%(|. 521'(|.5)03，其中1为摩尔比，0.02彡<0.08。
[0009] -种温度稳定型无铅巨介电常数陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤： ⑴以纯度彡 99% 的Li2C03、CuO、Nb205、Bi203、MgO、Zr02为原始粉末，分别按LiCuNb309 和Bi(Mga5Zr(l.5)03的组成称量配料；以乙醇为球磨介质，采用湿磨法混合4小时，干燥后压 制成块状，然后将两种压块分别在900°C和750°C空气气氛下预烧8小时； ⑵将步骤⑴制成的压块粉碎，按（l-z)LiCuNb309-冰i(MgQ.5ZrQ.5)0 3W化学计量比称 量，其中，Z为摩尔比，〇. 02彡< 0. 08 ;以乙醇为球磨介质，放入尼龙罐中球磨4小时后取 出，放入烘炉内在120~140°C下烘干，添加粘结剂并造粒后，压制成直径为12mm，厚度为 1mm的圆片，将圆片置于500~600°C排胶4小时后在975~1110°C下烧结，保温4小时；所 述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的5%~7%。
[0010] 上述温度稳定型无铅巨介电常数陶瓷材料烧成后的相结构均为单一的立方相。
[0011] 本发明制备的无铅巨介电常数陶瓷，其介电性能优异：介电常数> 23000,特别是 在z=0. 04时，介电常数高达48000,在100-250°c的测试温度范围内，介电常数温度变化率 (Ae /eloci°。）在±15%以内；可用于电容器、滤波器、动态随机存取存储器（DRAM)等介质 器件的制造。
【具体实施方式】
[0012] 实施例： 表1示出了构成本发明的不同扮〇\%(|.521'(|. 5)03添加量的4个具体实施例及其介电性 能。其制备方法如上所述，通过精密阻抗分析仪Agilent(4294A)型精密阻抗分析仪进行 介电性能的测试。
[0013] 本陶瓷可广泛用于动态随机存取存储器（DRAM)和多层陶瓷电容器（MLCC)等介质 器件的制造。
[0014]表 1 :
【主权项】
1. 一种温度稳定型无铅巨介电常数陶瓷材料，其特征在于所述巨介电常数陶瓷材料化 学式为（I-Z)LiCuNb3O9-^fii(Mgtl5Zrtl5)O3,其中，z为摩尔比，0? 02 彡 <0? 08 ; 所述巨介电常数陶瓷材料的合成步骤为： ⑴以纯度彡 99% 的Li2C03、CuO、Nb205、Bi203、MgO、ZrO2为原始粉末，分别按LiCuNb309 和Bi(Mga5Zra5)O3的组成称量配料；以乙醇为球磨介质，采用湿磨法混合4小时，干燥后压 制成块状，然后将两种压块分别在900°C和750°C空气气氛下预烧8小时； ⑵将步骤⑴制成的烧块粉碎，按（1-3LiCuNb3O9-冰i(Mga5Zra5)O3配料，其中，z为 摩尔比，0. 02彡< 0. 08 ;以乙醇为球磨介质，放入尼龙罐中球磨4小时后取出，放入烘箱 内在120~140°C下烘干，添加粘结剂造粒后，压制成直径为12mm，厚度为Imm的圆片，将圆 片置于500~600°C排胶4小时后于975~1110°C下烧结4小时，即得到所需材料；所述的粘 结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的5%~7%。
【专利摘要】本发明公开了一种温度稳定型无铅巨介电常数陶瓷材料，其化学组成为(1-x)LiCuNb3O9-xBi(Mg0.5Zr0.5)O3，其中，x为摩尔比，0.02≤x≤0.08；以纯度≥99%的Li2CO3、CuO、Nb2O5、Bi2O3、MgO、ZrO2为原始粉末，分别按LiCuNb3O9和Bi(Mg0.5Zr0.5)O3的组成称量配料；球磨混合后分别在900℃和750℃煅烧8小时合成主粉体；将Bi(Mg0.5Zr0.5)O3粉体添加到LiCuNb3O9主粉体中，使LiCuNb3O9基陶瓷的介电常数高于23000，特别在x=0.04时，介电常数高于48000，测试温度在100-250℃时，介电常数温度变化率(Δε/ε100oC)小(在±15%以内)。本发明具有制备工艺简单，制备成本低的优点，具有强的实用性。
【IPC分类】C04B35-495, C04B35-622
【公开号】CN104692800
【申请号】CN201510057763
【发明人】陈秀丽, 马丹丹, 陈杰, 周焕福, 方亮
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月4日