一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子陶瓷领域，涉及一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]电容器是电子设备中大量使用的电子元器件之一，随着市场要求不断提高，电子信息产品设备应用的工作环境越来越苛刻(高温，低温等)，例如航空航天、石油钻探等领域工作温度范围已经高于150°C，甚至有的工作环境温度远高于常规工作温度，如载人航空航天，火箭卫星等，这些都要求功能陶瓷材料在宽的温度范围内具有高的介电常数和低的容温变化率。此外，目前大多数应用于电容器的陶瓷材料为PbTi03基陶瓷材料，但是氧化铅有毒并且高温条件下易挥发，在生产、制备、使用及废弃处理中都会对环境造成极大的污染，不利于人类社会的可持续发展。因此，探索开发可应用的无铅高温应用温度稳定型陶瓷介电材料已成为热门研究方向之一。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供了一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料及制备方法，该方法制得的陶瓷介电材料在87-310°C的温度范围内相对介电常数高于3300，容温变化率小于10%。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0005]—种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，将BCTZ陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式(l-x)NBT-xBCTZ配料，混合均匀后，经造粒、成型后，在1150-1200°C下保温2_4h烧结成瓷，得到高温应用温度稳定型陶瓷介电材料;其中，X的取值范围是0.2-0.3。
[0006]所述BCTZ陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式BaoiCa0.uZmT1.!^，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛和氧化锆混合均匀后在1270°C下保温2h合成BCTZ陶瓷粉体。
[0007]所述NBT陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式NaQ.5BiQ.5Ti03，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840°C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。
[0008]所述混合均匀是通过球磨进行的。
[0009]所述球磨以离子水作为球磨介质。
[0010]所述混合均匀后在70_90°C下烘干。
[0011]所述球磨时间为6h。
[0012]一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料，化学式为化学式(l-x)NBT-xBCTZ，其中X的取值范围是0.2-0.3。
[0013]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:
[0014]由于制备高温应用的温度稳定型介电材料，基体材料必须具有较高的居里温度。而NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)是一种典型的弛豫铁电体，其居里温度高达320°C。通过向其中添加另一种具有优异介电性能的铁电体，展宽其居里峰，从而获得高温应用的温度稳定型陶瓷介电材料。所以本发明以居里温度高达320°C的NBT为基体材料，选取与NBT结构相似的BaoiCa0.BZr0.m0.gOXBCTZ)作为改性剂，向NBT中加入具有优异介电和铁电性能的BCTZ以压低并展宽其居里峰，提高其低温介电常数。在NBT中引入BCTZ，使得(l-x)NBT-xBCTZ体系中A位由4种(Na，Bi，Ba和Ca)不同尺寸和价态的离子占据，B位由2种(Ti，Zr)不同尺寸和价态的离子占据。导致该体系中不同的微观区域具有不同的化学组成和晶体结构，而不同的化学组成和晶体结构具有不同的极化强度和相转变温度，从而导致该体系陶瓷在较宽的温度范围内具有较高的介电常数和较好的温度稳定特性。本发明采用传统固相法制备的(1-x^a0.sBiQ.sT1rxBaQ.ssCaQ.BZr0.1TiQ.gOXa-xWBT-xBCTZ)陶瓷材料，在 150_345°C 的温度范围内具有较高的介电常数，且在这个温度范围内容温变化率低于10%。可用于制作在高温下应用的陶瓷电容器。本发明通过固相法制备的0.8NBT-0.2BCTZ陶瓷在150-345°C的温度范围内相对介电常数高于3850，且容温变化率小于10%。0.7NBT-0.3BCTZ陶瓷在87-310°C的温度范围内相对介电常数高于3300，且容温变化率小于10 %。本发明的制备方法设备简单、操作简单、成本低、可大规模生产，为大规模、低成本制备高温应用温度稳定型陶瓷介电材料提供了基础。
【附图说明】
[0015]图1为实施例1的介电常数随温度变化曲线。
[0016]图2为实施例1的容温变化率曲线。
[0017]图3为实施例2的介电常数随温度变化曲线。
[0018]图4为实施例2的容温变化率曲线。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0020]实施例1
[0021]一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，按照化学式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛和氧化锆混合后在1270°C下保温2h合成BCTZ陶瓷粉体，按照化学式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840°C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。将BCTZ和NBT陶瓷粉体按照化学式0.8NBT-0.2BCTZ配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，在80°C下烘干，经造粒、成型后，在1170°C下保温2h烧结成瓷，得到高温应用温度稳定型陶瓷介电材料。
[0022]实施例2
[0023]一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，按照化学式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛和氧化锆混合后在1270°C下保温2h合成BCTZ陶瓷粉体，按照化学式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840°C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。将BCTZ和NBT陶瓷粉体按照化学式0.7NBT-0.3BCTZ配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，在80°C下烘干，经造粒、成型后，在1180°C下保温2h烧结成瓷，得到高温应用温度稳定型陶瓷介电材料。
[0024]参见图1、图2、图3和图4，为实施例中制备的(l-x)NBT-xBCTZ陶瓷材料的介电常数随温度变化曲线及容温变化率曲线，从图1和图2可以看出，0.8NBT-0.2BCTZ陶瓷在150-345°C的温度范围内相对介电常数高于3850，且容温变化率小于10%。从图3和图4可以看出，
0.7NBT-0.3BCTZ陶瓷在87-310°C的温度范围内相对介电常数高于3300，且容温变化率小于10%。
[0025]实施例3
[0026]一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，按照化学式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛和氧化锆混合后在1270°C下保温2h合成BCTZ陶瓷粉体，按照化学式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840°C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。将BCTZ和NBT陶瓷粉体按照化学式0.8NBT-
0.2BCTZ配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，在70°C下烘干，经造粒、成型后，在1150°C下保温4h烧结成瓷，得到高温应用温度稳定型陶瓷介电材料。
[0027]实施例4
[0028]一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，按照化学式Ba0.ssCa0.1sZr0.1T1.903(BCTZ)，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛和氧化锆混合后在1270°C下保温2h合成BCTZ陶瓷粉体，按照化学式NaQ.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840°C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。将BCTZ和NBT陶瓷粉体按照化学式0.7NBT-
0.3BCTZ配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，在90°C下烘干，经造粒、成型后，在1200°C下保温3h烧结成瓷，得到高温应用温度稳定型陶瓷介电材料。
[0029]本发明按照化学式(l-x)NBT-xBCTZ经配料、球磨、干燥、造粒、成型、压片、烧结等技术制备(l-x)NBT-xBCTZ陶瓷材料。采用固相法制备陶瓷材料具有成本低、产量大以及制备工艺简单等优点。本发明的制备工艺简单，操作简单、成本低，为大规模、低成本制备新型高温应用温度稳定型陶瓷介电材料提供了基础。
【主权项】
1.一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于:将BCTZ陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式(1 -X) NBT-xBCTZ配料，混合均匀后，经造粒、成型后，在1150-1200°C下保温2-4h烧结成瓷，得到高温应用温度稳定型陶瓷介电材料;其中，X的取值范围是0.2—0.3 ο2.根据权利要求1所述的高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于:所述BCTZ陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式Ba0.85Ca0.15ZrQ.m0.903，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛和氧化锆混合均匀后在1270°C下保温2h合成BCTZ陶瓷粉体。3.根据权利要求1所述的高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于:所述NBT陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式NaQ.5BiQ.5Ti03，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840°C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。4.根据权利要求1所述的高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于:所述混合均匀是通过球磨进行的。5.根据权利要求4所述的高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于:所述球磨以离子水作为球磨介质。6.根据权利要求5所述的高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于:所述混合均匀后在70-90°C下烘干。7.根据权利要求5所述的高温应用温度稳定型陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于:所述球磨时间为6h。8.—种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料，其特征在于:化学式为化学式(l-x)NBT-叉807，其中1的取值范围是0.2-0.3。
【专利摘要】一种高温应用温度稳定型陶瓷介电材料及制备方法，将BCTZ陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式(1-x)NBT-xBCTZ配料，混合均匀后，经造粒、成型后，在1150-1200℃下保温2-4h烧结成瓷即可，本发明通过固相法制备的0.8NBT-0.2BCTZ陶瓷在150-345℃的温度范围内相对介电常数高于3850，且容温变化率小于10％。0.7NBT-0.3BCTZ陶瓷在87-310℃的温度范围内相对介电常数高于3300，且容温变化率小于10％。本发明的制备方法设备简单、操作简单、成本低、可大规模生产，为大规模、低成本制备高温应用温度稳定型陶瓷介电材料提供了基础。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/49
【公开号】CN105439559
【申请号】CN201510874418
【发明人】蒲永平, 姚谋腾
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月2日