專利名稱：一種低介電損耗CaCu的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CaCu3Ti4O12(以下簡(jiǎn)稱CCTO)陶瓷，尤其是涉及一種采用冷等靜壓成型方法制備低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷。
背景技術(shù)：
最近CaCu3Ti4O12材料引起了人們的廣泛關(guān)注，它在室溫附近有異常高的電容率，約104～105，而且在100～600K的溫度范圍有良好的熱穩(wěn)定性。溫度降低到100K以下，ε急劇降低到100左右，但沒有觀察到長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)的相變(1、Subramanian M A，Li D，Duan N，et al.Highdielectric constant ACu3Ti4O12 and ACu3Ti3FeO12 phases[J].Solid State Chem，2000，15323-325；2、Ramirez A P，Subramanian M A，Gardel M，et al.Giant dielectr constant response in acopper-titanate[J].Solid State Commun，2001，15217-220；3、Subramanian M A，Sleight A W.ACu3Ti4O12 and ACu3Ru4O perovskiteshigh dielectric constants and valence degeneracy[J].Sol State Sci，2002，4347-351；4、Homes C C，Vogt T，Shapiro S M，et al.Optical responsehigh-dielectric-constant perovskite-related oxide[J].Science，2001，12625-629；5、Moussa S M，Kennedy B J.Structural studies of the distorted perovski Ca0.25Cu0.75TiO3[J].Mater Res Bull，2001，362525-2529)這些性質(zhì)使其在電子工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
不同的實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)方法和制備工藝對(duì)CCTO材料的介電性能有著顯著的影響。目前文獻(xiàn)中報(bào)道的CCTO陶瓷的制備過程中，多采用長(zhǎng)時(shí)間預(yù)燒(8h)，或者多次預(yù)燒工藝，燒結(jié)時(shí)間很長(zhǎng)，從10h到幾十個(gè)小時(shí)甚至上百小時(shí)，使得制備過程復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、能耗較大，而短時(shí)間燒結(jié)制備CCTO陶瓷的不多。
陶瓷電容器材料的損耗角正切值越低，越有利于生產(chǎn)應(yīng)用。但制備的CCTO材料具有較高電容率的同時(shí)普遍具有較大的介電損耗。目前文獻(xiàn)報(bào)道的1kHz下室溫最低損耗角正切值D為0.05(D.P.Cann，S.Aygun，X.Tan，Extended Abstracts of the 11th USJapan Seminar onDielectric and Piezoelectric Ceramics，Sapporo Japan，2003153-156)和0.06(李學(xué)偉，趙國(guó)剛.CaCu3Ti4O12陶瓷顯微結(jié)構(gòu)及介電性能[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法。
本發(fā)明的具體步驟為1)先將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，濕法球磨得混合粉料。
2)將混合粉料烘干，烘干后將混合粉料預(yù)燒，預(yù)燒的溫度為850～1000℃。
3)預(yù)燒后的混合粉料再進(jìn)行球磨，至少過80目篩網(wǎng)、干燥，加入聚乙烯醇(PVA)，研磨、造粒，得造粒粉。
4)將造粒粉干壓成型，再冷等靜壓成型，得坯體。
5)將坯體燒結(jié)，然后隨爐冷卻，得目標(biāo)產(chǎn)物。
測(cè)試前，將目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行表面拋光，上銀電極，做介電性能測(cè)試。
濕法球磨至少過80目篩網(wǎng)。球磨后的混合粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，預(yù)燒后可保溫1～6h。加入聚乙烯醇的量為干燥后混合粉料的7％～10％。將造粒粉干壓成型的壓力最好為100～250MPa；冷等靜壓成型的壓力最好為100～250MPa。燒結(jié)的溫度最好為1020～1100℃，燒結(jié)后并保溫。
采用本發(fā)明所制備的CaCu3Ti4O12陶瓷，其坯體致密，氣孔數(shù)量少，收縮率低，可在更低溫度下燒結(jié)成瓷，介電性能得到明顯提高，其損耗角正切值最低為0.024，是一種有效改善CCTO介電性能的方法。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過80目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1∶1.2。使用行星球磨機(jī)球磨4h，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min，球磨后的混合粉料在烘箱中烘干。然后將混合粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，950℃預(yù)燒并保溫2h。預(yù)燒后的混合粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入10％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在150MPa壓力下干壓成型，再在200MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1020℃燒結(jié)并保溫2h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。其D＝0.024，εr＝3535.4。
實(shí)施例2將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過100目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.1∶1.1。使用行星球磨機(jī)球磨4h，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min，球磨后的混合粉料在烘箱中烘干。然后將混合粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，850℃預(yù)燒并保溫6h。預(yù)燒后的混合粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入7％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在200MPa壓力下干壓成型，再在150MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1050℃燒結(jié)并保溫2h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。其D＝0.024，εr＝3535.4。
實(shí)施例3將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過120目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶0.9∶0.9。使用行星球磨機(jī)球磨4h，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min，球磨后的混合粉料在烘箱中烘干。然后將混合粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，900℃預(yù)燒并保溫1h。預(yù)燒后的混合粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入8％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在100MPa壓力下干壓成型，再在250MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1100℃燒結(jié)并保溫2h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例4將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過80目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.2∶1。使用行星球磨機(jī)球磨5h，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/min，球磨后的混合粉料在烘箱中烘干。然后將混合粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，1000℃預(yù)燒并保溫3h。預(yù)燒后的混合粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入10％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在250MPa壓力下干壓成型，再在100MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1060℃燒結(jié)并保溫2h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例5將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過120目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1∶1.2。使用行星球磨機(jī)球磨4h，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min，球磨后的混合粉料在烘箱中烘干。然后將混合粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，950℃預(yù)燒并保溫5h。預(yù)燒后的混合粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入9％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在150MPa壓力下干壓成型，再在150MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1030℃燒結(jié)并保溫2h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例6將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過100目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.1∶1.3。使用行星球磨機(jī)球磨6h，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/min。球磨后的混合粉料在烘箱中烘干。然后將混合粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，850℃預(yù)燒并保溫6h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入7％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在100MPa壓力下干壓成型，再在250MPa冷等靜壓成型為直徑8mm，厚度1.5mm的圓片。坯體在電爐中于1050℃燒結(jié)并保溫2h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。其D＝0.066，ε r＝3554.9。
實(shí)施例7將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過120目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比，原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶0.9∶1.2。使用行星球磨機(jī)球磨5h，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min.球磨后的粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，1000℃預(yù)燒并保溫1h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入8％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在150MPa壓力下干壓成型，再在200MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1020℃燒結(jié)并保溫2h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例8將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過100目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料；瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1∶1.1。使用行星球磨機(jī)球磨5h，轉(zhuǎn)速280轉(zhuǎn)/min.球磨后的粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，1000℃預(yù)燒并保溫2h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入8％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在200MPa壓力下干壓成型，再在150MPa冷等靜壓成型為直徑8mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1050℃燒結(jié)并保溫3h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例9將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過80目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.1∶1.2。使用行星球磨機(jī)球磨3h，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/min.球磨后的粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，1000℃預(yù)燒并保溫4h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入10％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在180MPa壓力下干壓成型，再在150MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1100℃燒結(jié)并保溫3h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例10將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過100目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.1∶1。使用行星球磨機(jī)球磨4h，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min.球磨后的粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，950℃預(yù)燒并保溫5h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入9％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在200MPa壓力下干壓成型，再在180MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1050℃燒結(jié)并保溫3h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例11將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過120目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.1∶1。使用行星球磨機(jī)球磨3h，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/min.球磨后的粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，850℃預(yù)燒并保溫2h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入10％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在150MPa壓力下干壓成型，再在150MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1020℃燒結(jié)并保溫3h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例12將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過80目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.1∶1.2。使用行星球磨機(jī)球磨5h，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min.球磨后的粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，960℃預(yù)燒并保溫5h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入8％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在250MPa壓力下干壓成型，再在150MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1100℃燒結(jié)并保溫4h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
實(shí)施例13將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，于瑪瑙球磨罐中濕法球磨，過100目篩網(wǎng)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，按質(zhì)量比原料∶瑪瑙球∶蒸餾水＝1∶1.1∶0.9。使用行星球磨機(jī)球磨4h，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/min.球磨后的粉料在烘箱中烘干。然后將粉料在瑪瑙坩堝中預(yù)燒，950℃預(yù)燒并保溫6h.預(yù)燒后的粉料再進(jìn)行球磨、干燥。然后加入10％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的PVA，在瑪瑙研缽中研磨、造粒。將造粒粉在150MPa壓力下干壓成型，再在200MPa冷等靜壓成型為直徑9mm，厚度2mm的圓片。坯體在電爐中于1020℃燒結(jié)并保溫4h，然后隨爐冷卻。表面拋光，上銀電極，進(jìn)行介電性能測(cè)試。
權(quán)利要求
1.一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于其具體步驟為1)先將原料碳酸鈣、二氧化鈦和氧化銅按摩爾比1∶4∶3混合，濕法球磨得混合粉料；2)將混合粉料烘干，烘干后將混合粉料預(yù)燒，預(yù)燒的溫度為850～1000℃；3)預(yù)燒后的混合粉料再進(jìn)行球磨，至少過80目篩網(wǎng)、干燥，加入聚乙烯醇，研磨、造粒，得造粒粉；4)將造粒粉干壓成型，再冷等靜壓成型，得坯體；5)將坯體燒結(jié)，然后隨爐冷卻，得目標(biāo)產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于濕法球磨至少過80目篩網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于預(yù)燒后保溫1～6h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于加入聚乙烯醇的量為干燥后混合粉料的7％～10％。
5.如權(quán)利要求1所述的一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于將造粒粉干壓成型的壓力為100～250MPa。
6.如權(quán)利要求1所述的一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于冷等靜壓成型的壓力為100～250MPa。
7.如權(quán)利要求1所述的一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于燒結(jié)的溫度為1020～1100℃。
8.如權(quán)利要求1所述的一種低介電損耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制備方法，其特征在于燒結(jié)后保溫。
全文摘要
一種低介電損耗CaCu
文檔編號(hào)H01L41/18GK101070245SQ20071000911
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者熊兆賢, 李潔, 薛昊 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)