[发明专利]添加氧化镱的反铁电锆钛酸铅电介质陶瓷

说明书

技术领域

本发明是关于以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及反铁电锆钛酸铅电介质陶瓷。

背景技术

电介质材料是指电阻率大于10¹⁰Ω·cm的材料，是相对于金属材料和半导体材料而区分的，电介质在电场中没有稳定传导电流通过而以感应的方式对外场做出相应的扰动物质。电介质材料的种类很多，包括绝缘材料、电容器材料和压电材料等。电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递、存储或记录电的作用和影响，但其中起主要作用的是束缚电荷。其主要应用包括温度补偿电容器，热稳定型电容器陶瓷材料和微波介电陶瓷等。

近年来随着电子脉冲技术、高压电技术以及电子元器件的小型化智能化的发展，要求电介质材料向着大容量、低损耗、高电阻、高耐压的方向发展。

C Kittle用双子晶格模型来描述了反铁电晶体的基本结构特征，与铁电晶体一样，反铁电晶体子晶格中同样存在离子位移自发极化，但是相邻子晶格中离子自发极化的方向相反，所以反铁电晶体的宏观自发极化强度为零。铁电体是比较优越的储能材料，并不存在剩余极化，用它制成的储能电容器具有储能密度高和储能释放充分的优点。另外，反铁电材料具有较高介电常数以及在一定高压下介电常数进一步增大的特性，而且反铁电材料的损耗小，电阻率比较大，击穿场强也很高，所以反铁电体陶瓷电介质材料拥有广阔的应用空间。

随着现代电子信息技术的飞速发展，对于性能优异电介质材料的开发和探索已成为各国研究的热点问题，目前，在性能改进方面主要采用2种方法：一种是掺杂改性，即掺杂某种改性离子；另一种是改进制备工艺。

因为未掺杂的反铁电Pb(Zr_0.95Ti_0.05)O₃电介质材料在居里温度以上时，其介电性能变化较大，不能稳定在一定的温度范围，所以，通过添加Yb₂O₃，形成Pb_(1-x)Yb_(x)(Zr_0.95Ti_0.05)O₃多元化合物，再改变Yb₂O₃的含量，寻找一种介电性能良好的电介质材料。

发明内容

本发明的目的是，在现有技术的基础上提供一种介电性能更好的电介质陶瓷，使其符合大容量、低损耗、高电阻、高耐压的发展方向。

本发明通过以下技术方案予以实现：

添加氧化镱的反铁电锆钛酸铅电介质陶瓷，其原料组分及其摩尔百分比含量为Pb_(1-x)Yb_(x)(Zr_0.95Ti_0.05)O₃，其中x＝0.0067～0.0267。

所述原料为Pb₃O₄，ZrO₂，TiO₂和Yb₂O₃。

所述电介质陶瓷是单一钙钛矿结构。

所述电介质陶瓷于1210℃～1290℃烧结，保温2h，升温速度为6℃/分钟。

所述电介质陶瓷的制备方法采用传统的固相合成方法。

所述电介质陶瓷在长达200℃的温度范围内相对介电常数稳定不变，具有很好的温度稳定性。

本发明的有益效果是，提供了一种介电性能稳定、综合性能良好的反铁电PZT电介质陶瓷。本发明采用传统的固相合成的方法，以反铁电锆钛酸铅(PZT)为基体，以Yb为掺杂剂得到了锆钛酸镱铅(PYZT)。得到了一种在长达200℃的温度区间相对介电常数在7000左右，具有很好的温度稳定性的电介质陶瓷，其电阻率达到7·10¹³Ω·cm，击穿场强超10KV/mm。本发明的成分及工艺步骤简单、易于操作、重复性好、成品率高。

附图说明

图1是本发明实施例3的样品的X射线图谱与反铁电正交相的标准图谱对比；

图2是本发明实施例3的扫描电子显微镜SEM图片；

图3是本发明实施例1、2、3、4的PYZT体系的介电温谱图，并以Zr和Ti配比为95/5的PZT为参比。

具体实施方式

本发明采用市售的化学纯原料(纯度≥99％)，为Pb₃O₄，ZrO₂，TiO₂和Yb₂O₃。