本發(fā)明涉及電子材料領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷介電材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：介電材料（dielectricmaterial）又稱電介質(zhì)，是可用于控制存儲(chǔ)電荷及電能的電的絕緣材料，在現(xiàn)代電子及電力系統(tǒng)中具有重要的戰(zhàn)略地位。介電材料主要包括電容器介電材料和微波介電材料兩大體系。其中用作電容器介質(zhì)的介電材料，要求材料的電阻率高，介電常量大，在整個(gè)介電材料中占有很大比重。介電材料也可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類，種類繁多。人們對(duì)介電材料的研究最初是從無機(jī)壓電陶瓷材料開始的，無機(jī)壓電陶瓷材料具有高介電常數(shù)和高熱電穩(wěn)定性，已經(jīng)被人們廣泛的應(yīng)用于電子器件或電子產(chǎn)品中。但隨著信息和微電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)在向著半導(dǎo)體器件的微型化、集成化、智能化、高頻化和平面化的轉(zhuǎn)變，電子領(lǐng)域?qū)﹄娮悠骷母咝阅芑⑽⑿突?、穩(wěn)定化和多狀態(tài)轉(zhuǎn)變的需求更加迫切。同樣，在介電材料領(lǐng)域，越來越多的電子元件（如介質(zhì)基板、介質(zhì)天線、嵌入式薄膜電容等）對(duì)介電材料介電性能的要求進(jìn)一步提升，因此，研發(fā)更高性能、更穩(wěn)定的新型介電陶瓷成為熱點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)今陶瓷介電材料存在的擊穿電壓低、介電常數(shù)小的缺陷，提供一種陶瓷介電材料及其制備方法；本發(fā)明在通過對(duì)0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3顆粒進(jìn)行化學(xué)包覆-共燒結(jié)處理，形成具有雙層結(jié)構(gòu)的MgO-（0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3）顆粒，該顆粒內(nèi)外層產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)互相影響、抵消，其介電常數(shù)顯著增加，擊穿電壓增大，從而使該陶瓷介電材料適用范圍更大，應(yīng)用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種陶瓷介電材料的制備方法，包括以下步驟：1、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在750-800℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、液相化學(xué)包覆：將0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒均勻分散在丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液，反應(yīng)包覆完成后，過濾，烘干得包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒；3、共燒結(jié)：將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在350-450℃的溫度下燒結(jié)30-60min后，升溫至900-1000℃，燒結(jié)2-10h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。一種陶瓷介電材料的制備方法，先利用在預(yù)燒結(jié)條件下，形成的密度小，強(qiáng)度低的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3顆粒，通過球磨粉碎形成均勻粒徑的顆粒；再利用液相化學(xué)包覆的方法將氫氧化鎂沉淀包覆在顆粒表面；最后通過控制燒結(jié)的溫度，先將氫氧化鎂分解，再與0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3顆粒共燒結(jié)形成具有雙層結(jié)構(gòu)的Mg-0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3顆粒，由該顆粒組成的陶瓷介電材料不僅具有更高的介電常數(shù)，還具有更高的擊穿電壓；本發(fā)明方法簡單、穩(wěn)定、可靠，適合該陶瓷介電材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。上述一種陶瓷介電材料的制備方法，其中步驟1所述的預(yù)燒結(jié)能形成密度較小、強(qiáng)度較低的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3顆粒，有利于粉碎，得到粒徑均勻的顆粒；優(yōu)選的，所述預(yù)燒結(jié)時(shí)間為10-20h，預(yù)燒結(jié)時(shí)間過長，能源消耗大，密度增加，強(qiáng)度增加，不利于后期的進(jìn)一步處理，預(yù)燒結(jié)時(shí)間過短，反應(yīng)時(shí)間不足，0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3結(jié)構(gòu)缺陷大；最優(yōu)選的，所述預(yù)燒結(jié)時(shí)間為12-15h。其中，優(yōu)選的，所述的預(yù)燒結(jié)溫度為785℃；該溫度條件下，燒結(jié)得到的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3強(qiáng)度最佳，性能最穩(wěn)定。上述一種陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟1所述的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒粒徑在2-3μm。上述一種陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟2所述的氯化鎂溶液濃度為0.01-0.5mol/L；濃度過大，反應(yīng)速度過快，顆粒表面沉積的氫氧化鎂厚度不均勻，影響材料的電化學(xué)性能。其中，優(yōu)選的，所述氯化鎂溶液中Mg與0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的物質(zhì)的量之比為1-3︰5；Mg的用量與顆粒表面覆蓋的氫氧化鎂的厚度有關(guān)，厚度越大，擊穿電壓越大，但介電常數(shù)迅速下降；最優(yōu)選的，所述氯化鎂溶液中Mg與0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的物質(zhì)的量之比為2︰5。上述一種陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟2所述的氫氧化鈉溶液液濃度為0.01-0.5mol/L；濃度過大，反應(yīng)速度過快，顆粒表面沉積的氫氧化鎂厚度不均勻，影響材料的電化學(xué)性能；優(yōu)選的，所述氯化鎂與氫氧化鈉的物質(zhì)的量之比為1︰1。上述一種陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟2中所述的反應(yīng)包覆時(shí)間為1-3h；反應(yīng)時(shí)間太短，包覆不完全，厚度不均勻，反應(yīng)時(shí)間過長，微粒團(tuán)聚，不利于后期的燒結(jié)。上述一種陶瓷介電材料的制備方法，其中，優(yōu)選的，步驟3中將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在400℃的溫度下燒結(jié)40min后，升溫至950℃，燒結(jié)5h，冷卻得到電壓陶瓷介電材料；采用該條件得到的介電材料介電常數(shù)高，擊穿電壓大。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種陶瓷介電材料，該材料是通過上述制備方法制備得到的，該材料具有介電常數(shù)高，擊穿電壓大的優(yōu)點(diǎn)，該陶瓷介電材料適用范圍更大，應(yīng)用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明方法通過對(duì)燒結(jié)溫度和制備過程的控制，通過液相化學(xué)包覆和再燒結(jié)形成了雙層結(jié)構(gòu)的Mg-（0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3）顆粒，顆粒內(nèi)外層產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)互相影響、抵消，其介電常數(shù)顯著增加。2、本發(fā)明方法制備得到的陶瓷介電材料具有高介電常數(shù)、高擊穿電壓的優(yōu)點(diǎn)，其適用范圍更大，應(yīng)用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。3、本發(fā)明方法簡單、穩(wěn)定、可靠，適合陶瓷介電材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例11、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在780℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)15h，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、液相化學(xué)包覆：將0.01mol的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入400ml、0.01mol/L氯化鎂溶液和400ml、0.01mol/L氫氧化鈉溶液，反應(yīng)包覆完成2h后，過濾，烘干得包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒；3、共燒結(jié)：將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在400℃的溫度下燒結(jié)40min后，升溫至950℃，燒結(jié)5h，冷卻得到陶瓷介電材料。實(shí)施例21、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在750℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)12h，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、液相化學(xué)包覆：將0.01mol的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入400ml、0.01mol/L氯化鎂溶液和400ml、0.01mol/L氫氧化鈉溶液，反應(yīng)包覆完成1.5h后，過濾，烘干得包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒；3、共燒結(jié)：將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在350℃的溫度下燒結(jié)30min后，升溫至1000℃，燒結(jié)2h，冷卻得到陶瓷介電材料。實(shí)施例31、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在800℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)10h，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、液相化學(xué)包覆：將0.01mol的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入200ml、0.01mol/L氯化鎂溶液和200ml、0.01mol/L氫氧化鈉溶液，反應(yīng)包覆完成3h后，過濾，烘干得包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒；3、共燒結(jié)：將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在450℃的溫度下燒結(jié)30min后，升溫至900℃，燒結(jié)10h，冷卻得到陶瓷介電材料。實(shí)施例41、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在750℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)10h，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、液相化學(xué)包覆：將0.01mol的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入12ml、0.5mol/L氯化鎂溶液和12ml、0.5mol/L氫氧化鈉溶液，反應(yīng)包覆完成1h后，過濾，烘干得包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒；3、共燒結(jié)：將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在400℃的溫度下燒結(jié)50min后，升溫至980℃，燒結(jié)3h，冷卻得到陶瓷介電材料。對(duì)比例11、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在780℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)15h，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、燒結(jié)：將0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在400℃的溫度下燒結(jié)40min后，升溫至950℃，燒結(jié)5h，冷卻得到陶瓷介電材料。對(duì)比例21、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在700℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)15h，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、液相化學(xué)包覆：將0.01mol的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入400ml、0.01mol/L氯化鎂溶液和400ml、0.01mol/L氫氧化鈉溶液，反應(yīng)包覆完成2h后，過濾，烘干得包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒；3、共燒結(jié)：將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在400℃的溫度下燒結(jié)40min后，升溫至950℃，燒結(jié)5h，冷卻陶瓷介電材料。對(duì)比例31、前驅(qū)體制備：根據(jù)化學(xué)計(jì)量比將BaTiO3、Bi2O3、Na2CO3、TiO2進(jìn)行混合球磨后，在780℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)15h，冷卻，球磨粉碎后得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒；2、液相化學(xué)包覆：將0.01mol的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的前驅(qū)體顆粒均勻分散在500ml丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入400ml、0.01mol/L氯化鎂溶液和400ml、0.01mol/L氫氧化鈉溶液，反應(yīng)包覆完成2h后，過濾，烘干得包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒；3、共燒結(jié)：將包覆有氫氧化鎂的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3前驅(qū)體顆粒在950℃的溫度下燒結(jié)40min后，降溫至400℃，燒結(jié)5h，冷卻得到陶瓷介電材料。實(shí)驗(yàn)組市售0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷介電材料。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的陶瓷介電材料和實(shí)驗(yàn)組的介電材料進(jìn)行性能檢測(cè)（25℃，50KHz），記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：編號(hào)介電常數(shù)擊穿電壓（KV/mm）介電損耗（%）實(shí)施例1189011.70.5實(shí)施例2192011.40.5實(shí)施例3186011.20.5實(shí)施例4188010.80.5對(duì)比例114806.20.3對(duì)比例210406.60.4對(duì)比例312608.30.5實(shí)驗(yàn)組15005.50.3對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的陶瓷介電材料與現(xiàn)有的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷介電材料相比，介電常數(shù)顯著增加，擊穿電壓顯著增大，但介電損耗同樣增大；同時(shí)，對(duì)比所有實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3可知，陶瓷介電材料的制備過程中，前驅(qū)體的制備溫度和最后的燒結(jié)時(shí)不同溫度的燒結(jié)順序均對(duì)介電材料的擊穿電壓、介電常數(shù)和介電損耗都有顯著影響；對(duì)比例1中未進(jìn)行包覆處理，得到的陶瓷介電材料性能與現(xiàn)有陶瓷介電材料相差不大；對(duì)比例2中，預(yù)燒結(jié)溫度過低，未得到0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3顆粒，后期的與氫氧化鎂共燒結(jié)得到的陶瓷顆粒與本發(fā)明不一樣，電化學(xué)性能相差很大；對(duì)比例3中共燒結(jié)時(shí)前后溫度與實(shí)驗(yàn)方案不一樣，在燒結(jié)過程中反應(yīng)也不一樣，同樣得到的陶瓷材料電化學(xué)性能差別較大。當(dāng)前第1頁1 2 3