[发明专利]一种CaTiO3基压敏-电容双功能陶瓷材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化物陶瓷材料技术领域，特别涉及一种CaTiO₃基压敏-电容双功能陶瓷材料及其合成方法。

背景技术

压敏陶瓷是指在一定温度下和某一特定电压范围内具有非线性伏安特性，其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。根据这种伏安特性，可以用这种半导体陶瓷材料制成非线性电阻器，即压敏电阻器。若压敏电阻器同时还有显著电容效应，则称之为压敏-电容双功能元件，使用时相当于一只压敏电阻器和一只电容器相并联组合的效果，能起到过电压保护和滤除噪声的双重作用，有良好的电磁兼容性，对保证电路的正常运行无疑是更有效的。随着电子信息技术，特别是混和集成电路和表面封装技术的不断发展，新型功能陶瓷元器件越来越多的受到关注，其发展趋势主要体现在器件的微小型化、多功能化、集成化、片式化、高可靠性。这要求对低压化的微集成装置加强保护，故作为保护元件的压敏电阻也日益走向低压、微型、多功能、高可靠高稳定。金属氧化物基陶瓷非线性电阻器件(如ZnO、SnO₂、TiO₂、SrTiO₃等)是电力系统和电子系统关键的过电压保护器件，用于吸收电涌能量，防止电涌对电子设备或系统的破坏。研究表明：提高压敏电阻片的介电常数能明显改善避雷器内压敏电阻柱的电位分布的均匀性，能保证电位分布均匀，大大简化了避雷器的结构。目前ZnO、TiO₂基压敏电阻，材料的相对介电常数比较低，导致避雷器内压敏电阻柱的电位分布很不均匀，从而导致这些压敏电阻的加速老化，危及避雷器的安全运行。尽管SrTiO₃压敏陶瓷其介电常数可以达到几千甚至上万，但是纯的SrTiO₃为绝缘体，一般要首先使其半导化，通过掺杂高价离子取代相应的阳离子，并在还原气氛中烧结处理，才能获得。其工艺相对比较复杂，和不易控制。

发明内容

本发明提供了一种CaTiO₃基压敏-电容双功能陶瓷材料，其特征在于，在CaTiO₃基底中掺杂CuO，其中，(Ca离子+Cu离子)与Ti离子的摩尔比为1∶1，Cu离子与Ti离子的摩尔比为0.01∶1～0.7∶1。

本发明还提供了一种CaTiO₃基压敏-电容双功能陶瓷材料的制备方法，其步骤是：

(1)按上述比例称取CaCO₃，CuO和TiO₂，并均匀混合；

(2)将混合后的材料在800～1000℃的温度下，烧结2小时，完成物相的成相阶段；

(3)造粒后、在3～10Mpa的条件下干压成型；

(4)在1000～1300℃的温度下，空气中烧结3小时，即可得到CaTiO₃基压敏-电容双功能陶瓷材料。

本发明的有益效果为：具有压敏和电容双功能，能起到过电压保护和滤除噪声的双重作用，有良好的电磁兼容性；不含铋(Bi)和铅(Pb)及其氧化物等有毒物质，对环境的污染小；具有较高介电常数和良好的频率稳定性，很好的压敏非线性，具有广阔应用前景；通过改变CuO掺杂含量，可以调控该材料体系的介电性能和非线性压敏性能；制备方法简单，易操作。

附图说明

图1为实施例1中所得陶瓷材料的介电性能随频率的关系；

图2为实施例2中所得陶瓷材料的介电性能随频率的关系；

图3为实施例2中所得陶瓷材料的I-V曲线；

图4为实施例3中所得陶瓷材料的X射线衍射分析(XRD)图谱；

图5为实施例3中所得陶瓷材料的介电性能随频率的关系；

图6为实施例3中所得陶瓷材料的I-V曲线；

图7为实施例4中所得陶瓷材料的介电性能随频率的关系；

图8为实施例4中所得陶瓷材料的I-V曲线；

图9为实施例5中所得陶瓷材料的介电性能随频率的关系；

图10为实施例5中所得陶瓷材料的I-V曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种CaTiO₃基压敏-电容双功能陶瓷材料及其制备方法，下面通过具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1：