[发明专利]一种低介电损耗CaCu3Ti4O12陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于电介质陶瓷合成技术领域，具体涉及一种低介电损耗CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的制备方法。

背景技术

     钛酸铜钙（CaCu₃Ti₄O₁₂，简称CCTO）是近年来被发现的最为典型、最具有代表性的新型高介电材料，该材料的介电常数非常高，可以达到几十万，而且在较宽的温度范围和频率范围内比较稳定； CCTO的晶体结构（空间群Im3）是中心对称的，没有电偶极矩，不会出现铁电-顺电相变；另外，CCTO不含铅、制备工艺简单、所需制备条件也较为“温和”，很有希望替代传统的介电陶瓷材料，成为新一代高介电陶瓷材料。

     然而，国内外的许多研究结果表明，CCTO的介电损耗较高，在10-10⁷ Hz 频率区间以及在100~350 K 的温度区间内，介电损耗普遍在0.1 以上，然而在实际应用中，电介质材料的损耗一般需要控制在0.05以下。过高的介电损耗必然会加速介电材料的老化速率，严重限制了CCTO的实际应用前景，因此，如何有效的降低介电损耗成为目前CCTO 材料研究的一个亟待解决的问题。

    钛酸铜钙的制备工艺主要是传统固相反应法，该方法主要是对原材料进行混合、球磨，然后对混合后的粉末进行预烧、二次球磨，再烧结，由于该方法是物理混合，且氧化铜高温容易挥发，从而导致比例失调，因此传统固相反应法具有一定的局限性。

发明内容

    本发明为解决现有钛酸铜钙制备技术存在的产物中各成分比例失调以及产品介电损耗较高的技术问题，提供了一种溶胶-凝胶法制备CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的方法，可明显降低CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的介电损耗，并且介电常数仍处于较高水平，成胶时间短，陶瓷片致密度高、晶粒均匀度好。

     为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

     本发明的技术方案如下：

     一种低介电损耗CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照钙、铜、钛、柠檬酸摩尔比为1:3:4:9.6的比例称取相应质量的硝酸钙、硝酸铜、钛酸丁酯及柠檬酸；

（2）以无水乙醇为溶剂将硝酸钙、硝酸铜和柠檬酸进行充分溶解，并通过加入硝酸，调节pH值为2-3，形成A溶液；

（3）向钛酸丁酯中加入等体积的无水乙醇，稀释为B溶液；

（4）将B溶液沿玻璃棒缓慢加入A溶液中，并保持A溶液处于搅拌状态，形成溶胶；

（5）向形成的溶胶中加入聚乙二醇，搅拌至完全溶解，放置于80℃水浴锅中搅拌，直至形成凝胶；

（6）将形成的凝胶进行烘干，得到干凝胶粉，放置于蒸发皿中，利用电炉和马弗炉排除有机物，得到CaCu₃Ti₄O₁₂前驱体粉末；

（7）将前驱体粉末在研钵中充分研磨，加入粘合剂混合均匀，进而研磨、造粒，制成CaCu₃Ti₄O₁₂坯体；

（8）将（7）中制备的CaCu₃Ti₄O₁₂坯体置于1000℃-1100℃烧结8-16小时，获得CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷样品。

     步骤（3）中B溶液为经过无水乙醇稀释的钛酸丁酯，降低与A溶液混合时水解的可能性。

将样品表面打磨、抛光、被银、制作电极，进行电性能测试；本发明所制得的陶瓷样品的介电损耗显著降低，而且介电常数仍然较高。

     本发明利用溶胶-凝胶法制备CCTO陶瓷粉体，通过对溶液pH值、成胶温度、搅拌速度、预烧条件等中间过程的控制，最终实现了致密度高、均匀性好，并且具有低介电损耗、高介电常数（介电损耗在1 kHz附近可降至0.026，对应介电常数仍保持18 k左右）的CCTO陶瓷样品。