本發(fā)明屬于電子陶瓷材料技術領域，具體涉及到一種高熱穩(wěn)定性的鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

背景技術：

隨著電子信息時代的發(fā)展，陶瓷電容器和微波介質元件等由于其在動態(tài)隨機存儲(dram)和多層片式陶瓷電容器(mlcc)有廣泛的應用前景，而被學者倍加關注。具有高介電常數(shù)的氧化物材料，要求其逐步實現(xiàn)小型化、集成化、多功能化。目前，dram和mlcc多用具有鈣鈦礦相結構的鈦酸鋇系的baxsr1-xtio3和鈦酸鉛系的pbzrxti1-xo3高介電常數(shù)材料，但其介電常數(shù)(＞1000)已經(jīng)遠遠不能滿足電子市場需求。同時這兩種材料又存在著一些缺點，嚴重制約著電子器件的進一步發(fā)展，例如：pb(zrxti1-x)o3材料含鉛，不利于環(huán)保，同時隨著國際和國內(nèi)對鉛的限制使其應用也受到了一定的限制，另外，二者皆為典型的鐵電體，其高介電常數(shù)主要來源于鐵電材料晶體結構和非線性的介電現(xiàn)象，在居里溫度處發(fā)生鐵電相到順電相的轉變，使鐵電材料的介電常數(shù)強烈地受到溫度的影響，其介電常數(shù)溫度穩(wěn)定性變差。所以，尋求開發(fā)出新型寬溫度穩(wěn)定型的高介電材料是迫切需要的。

acu3ti4o12(a為堿金屬或稀土金屬或空缺)這一族氧化物是在1967年被發(fā)現(xiàn)的，人們對acu3ti4o12族氧化物的結構進行了精確的測定，并測量了其介電性能。2002年，subramanian等人首次報道cdcu3ti4o12(cdcto)陶瓷材料，其作為acu3ti4o12氧化物陶瓷材料的一種，具有與cacu3ti4o12(ccto)陶瓷相似的結構，但卻具有較低的介電常數(shù)，10khz下，相對介電常數(shù)為409，介電損耗為0.093。在接下來的十幾年，研究者對其進行了一些研究，其中，2015年，趙楠等人采用傳統(tǒng)固相法制備了較高介電常數(shù)的cdcto陶瓷，1khz下，其相對介電常數(shù)為24000，但介電損耗高達為0.072，同時其溫度穩(wěn)定性較低，不能滿足市場需求，很難廣泛應用于電容器(例如：x8r等)、存儲器等電子市場中需要的高介電常數(shù)的電子器件。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

解決上述技術問題所采用的技術方案是：1khz時，該陶瓷材料在-55℃～150℃范圍內(nèi)靜電容量變化率為-13.21％～14.02％、相對介電常數(shù)為9890～13726、介電損耗為0.045～0.063，其由下述方法制備得到：

1、制備陶瓷粉體

按照cdcu3ti4o12的化學計量比，將cd(no3)2·4h2o、cu(no3)2·3h2o加入到無水乙醇與去離子水的混合溶劑中配制成溶液a，將ti(c4h9o)4加入到無水乙醇中配制成溶液b；將溶液a和溶液b混合，并加入冰醋酸，所得混合液中鈦酸丁酯的濃度為0.3～0.7mol/l、冰醋酸的體積分數(shù)為2.5％～20％、去離子水的體積分數(shù)為5％～15％，在30～75℃下加熱并攪拌均勻，得到溶膠，繼續(xù)攪拌直至溶膠變?yōu)槟z，將凝膠陳化后干燥，得到干凝膠；將干凝膠研磨后，在600～700℃下煅燒8～10小時，得到cdcu3ti4o12陶瓷粉體。

2、制備陶瓷塊體

將cdcu3ti4o12陶瓷粉體經(jīng)造粒、壓片、排膠后，在980～1010℃下燒結10～15小時，得到高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

上述高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料優(yōu)選在-55℃～150℃范圍內(nèi)靜電容量變化率為-10.66％～10.96％、相對介電常數(shù)為11448～13726、介電損耗為0.048±0.002，其由下述方法制備得到：

1、制備陶瓷粉體

按照cdcu3ti4o12的化學計量比，將cd(no3)2·4h2o、cu(no3)2·3h2o加入到無水乙醇與去離子水的混合溶劑中配制成溶液a，將ti(c4h9o)4加入到無水乙醇中配制成溶液b；將溶液a和溶液b混合，并加入冰醋酸，所得混合液中鈦酸丁酯的濃度為0.5mol/l、冰醋酸的體積分數(shù)為5％～10％、去離子水的體積分數(shù)為10％，在40～50℃下加熱并攪拌均勻，得到溶膠，繼續(xù)攪拌直至溶膠變?yōu)槟z，將凝膠陳化后干燥，得到干凝膠；將干凝膠研磨后，在600～650℃下煅燒8～10小時，得到cdcu3ti4o12陶瓷粉體。

2、制備陶瓷塊體

將cdcu3ti4o12陶瓷粉體經(jīng)造粒、壓片、排膠后，在980～1010℃下燒結10～15小時，得到高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

本發(fā)明以cd(no3)2·4h2o、cu(no3)2·3h2o、ti(c4h9o)4為原料，冰醋酸為螯合劑，采用溶膠-凝膠法得到前驅粉體，將前驅粉體在較低溫度下煅燒，得到cdcu3ti4o12陶瓷粉體，該陶瓷粉體能在分子水平上混合，均勻性較好，活性高，進一步燒結后即可得到高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

本發(fā)明陶瓷材料的制備方法簡單、重復性好、成品率高且反應溫度較低、節(jié)省能源，該陶瓷材料介電性能較優(yōu)，具有高的溫度穩(wěn)定性，1khz時-55℃～150℃范圍內(nèi)其靜電容量變化率在-13.21％～14.02％范圍內(nèi)，符合x8r陶瓷電容器的參數(shù)要求，實用性強，可用于制備動態(tài)隨機存儲器電容的介質材料以存儲信息，也可以作為互補金屬氧化物半導體場效應管邏輯器件的柵介質。

附圖說明

圖1是實施例1～4制備的陶瓷材料的xrd圖。

圖2是實施例1～4制備的陶瓷材料的介電常數(shù)隨測試頻率的變化關系圖。

圖3是實施例1～4制備的陶瓷材料的介電損耗隨測試頻率的變化關系圖。

圖4是實施例1～4制備的陶瓷材料在1khz下的介電常數(shù)隨測試溫度的變化關系圖。

圖5是實施例1～4制備的陶瓷材料在1khz下的靜電容量變化率隨測試溫度的變化關系圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于這些實施例。

實施例1

1、制備陶瓷粉體

按照cdcu3ti4o12的化學計量比，將3.1159gcd(no3)2·4h2o、7.3212gcu(no3)2·3h2o加入到10ml無水乙醇與去離子水的混合溶劑中配制成溶液a，將13.8mlti(c4h9o)4加入到53.2ml無水乙醇中配制成溶液b；將溶液a和溶液b混合，并加入2ml冰醋酸，所得混合液中鈦酸丁酯的濃度為0.5mol/l、冰醋酸的體積分數(shù)為2.5％、去離子水的體積分數(shù)為10％，在45℃下加熱并攪拌均勻，得到溶膠，繼續(xù)攪拌直至溶膠變?yōu)槟z，將凝膠陳化12小時后，在100℃下干燥48小時，得到干凝膠；將干凝膠研磨后，在650℃下煅燒10小時，得到cdcu3ti4o12陶瓷粉體。

2、制備陶瓷塊體

向cdcu3ti4o12陶瓷粉體中加入質量分數(shù)為5％的聚乙烯醇水溶液，研磨造粒，過120目篩后，用粉末壓片機在6mpa壓力下壓制成11.5mm圓柱形坯件，將圓柱狀坯件置于氧化鋯平板上，用380分鐘升溫至500℃，保溫2小時，然后以2℃/分鐘的升溫速率升溫至1000℃，恒溫燒結15小時，隨爐冷卻至室溫，得到高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

實施例2

本實施例中，按照cdcu3ti4o12的化學計量比，將3.1159gcd(no3)2·4h2o、7.3212gcu(no3)2·3h2o加入到10ml無水乙醇與去離子水的混合溶劑中配制成溶液a，將13.8mlti(c4h9o)4加入到51.2ml無水乙醇中配制成溶液b；將溶液a和溶液b混合，并加入4ml冰醋酸，所得混合液中鈦酸丁酯的濃度為0.5mol/l、冰醋酸的體積分數(shù)為5.0％、去離子水的體積分數(shù)為10％，其他步驟與實施例1相同，得到高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

實施例3

本實施例中，按照cdcu3ti4o12的化學計量比，將3.1159gcd(no3)2·4h2o、7.3212gcu(no3)2·3h2o加入到10ml無水乙醇與去離子水的混合溶劑中配制成溶液a，將13.8mlti(c4h9o)4加入到47.2ml無水乙醇中配制成溶液b；將溶液a和溶液b混合，并加入8ml冰醋酸，所得混合液中鈦酸丁酯的濃度為0.5mol/l、冰醋酸的體積分數(shù)為10％、去離子水的體積分數(shù)為10％，其他步驟與實施例1相同，得到高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

實施例4

本實施例中，按照cdcu3ti4o12的化學計量比，將3.1159gcd(no3)2·4h2o、7.3212gcu(no3)2·3h2o加入到10ml無水乙醇與去離子水的混合溶劑中配制成溶液a，將13.8mlti(c4h9o)4加入到39.2ml無水乙醇中配制成溶液b；將溶液a和溶液b混合，并加入16ml冰醋酸，所得混合液中鈦酸丁酯的濃度為0.5mol/l、冰醋酸的體積分數(shù)為20％、去離子水的體積分數(shù)為10％，其他步驟與實施例1相同，得到高熱穩(wěn)定性鈦酸銅鎘x8r陶瓷材料。

將上述實施例1～4制備的陶瓷材料表面打磨、拋光、超聲、搽拭干凈，在其上下表面分別涂覆銀漿，置于馬弗爐中840℃保溫30分鐘，自然冷卻至室溫。采用日本理學公司生產(chǎn)的d/max-2200x型射線衍射儀、安捷倫科技有限公司生產(chǎn)的4294a型精密阻抗分析儀和e4980a型lcr測試儀對其結構和性能進行表征測試，結果見圖1～5。

由圖1可見，實施例1～4制備的陶瓷材料均為純的類鈣鈦礦結構，無第二相生成。由圖2和圖3可見，1khz時，實施例1～4制備的陶瓷材料的相對介電常數(shù)為9890～13726、介電損耗為0.045～0.063，其中實施例2制備的陶瓷材料的介電性能相對最佳，1khz下其相對介電常數(shù)為13726、介電損耗為0.048。由圖4和圖5可見，實施例1制備的陶瓷材料在1khz時-55℃～150℃范圍內(nèi)的靜電容量變化率為-10.66～6.93；實施例2制備的陶瓷材料在1khz時-55℃～150℃范圍內(nèi)的靜電容量變化率為-10.65～10.96；實施例3制備的陶瓷材料在1khz時-55℃～150℃范圍內(nèi)的靜電容量變化率為-11.99～13.92；實施例4制備的陶瓷材料在1khz時-55℃～150℃范圍內(nèi)的靜電容量變化率為-13.21～14.02。由此可見，本發(fā)明陶瓷材料均具有高的溫度穩(wěn)定性，均滿足x8r陶瓷電容器的行業(yè)標準(-15％≤靜電容量變化率≤15％)，實用性強，有望動態(tài)隨機存儲(dram)和片式多層陶瓷電容器(mlcc)等電子市場應用。