[发明专利]一种电容-压敏双功能陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷制备及应用技术领域，具体涉及一种电容-压敏双功能陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着电子信息产业的小型化、集成化、多功能化的快速发展，对相应的功能材料提出越来越高的要求。ZnO压敏电阻是使用最为广泛的压敏元件，虽具有较好的压敏特性，但存在介电常数小、介质损耗大、吸收高频噪声及对陡峭脉冲浪涌响应速度慢等缺陷。而且ZnO压敏元件制备中通常需要添加Bi氧化物，其容易与Ag电极反应，降低施主浓度，从而造成性能的恶化和不稳定。有鉴于此，研究人员相继开发了SrTiO₃、TiO₂、WO₃和CaCu₃Ti₄O₁₂等其他的电容-压敏双功能材料。电容-压敏电阻器由于同时具备大容量电容器和压敏电阻器的双重功能，在电子线路的保护、消除电噪声和集成功能减少元件数量使电路小型化等方面的应用前景引起了人们的极大兴趣。在这些压敏材料中，CaCu₃Ti₄O₁₂（CCTO）由于其具有巨介电常数、较低的介电损耗、良好的热稳定性和非线性特性受到广泛关注。

目前，对于CaCu₃Ti₄O₁₂研究很多，制备方法也很多。如中国专利2011100045041.9采用流延法并采用两步法烧结工艺制备了CCTO陶瓷薄片，介电常数约为10000，介电损耗约为0.03。中国专利201010223379.4采用传统固相烧结法制备了VB族元素掺杂改性的CCTO陶瓷，降低了其本征电导。中国专利201110287164.3以硝酸钙、硝酸铜和钛酸四丁脂为原料采用水热法先制备CCTO纳米粉体，然后制备了CCTO陶瓷，其介电常数高达200000-300000，但是其压敏非线性系数低于10。中国专利201210330588.8以硝酸钙、硝酸铜和钛酸四丁脂为原料采用溶胶-凝胶法制备CCTO纳米粉体，然后以异丙醇铝为原料在粉体表面包覆Al₂O₃。虽然提高了介电性能，但是没有报道压敏性能。中国专利201410168860.6以氧化铜、碳酸钙、二氧化钛为原料，采用固相反应法制备了富Cu的CCTO低介电损耗压敏陶瓷，但是其压敏非线性系数仅为3左右。尽管有报道使用传统固相法制备的CCTO具有显著的I-V非线性特性，非线性系数高达914（ChungS.Y.,KimI.D.,KangS.J,Strongnonlinerarcurrent-voltagebehaviorinperovskitederivativecalciumcoppertitanate,NatureMaterials,2004,3,774-778.）。但是后续有关报道中并没有发现非常高的压敏非线性系数，而且制备多采用溶胶-凝胶法、水热法等原料昂贵、工艺复杂、不适合大批量生产的方法来制备CCTO陶瓷。

发明内容

为了克服现有CaCu₃Ti₄O₁₂（CCTO）压敏陶瓷的工艺复杂、环保问题、压敏非线性系数偏低的不足，本发明采用固相反应先合成CCTO单相粉体，然后采用熔盐法简单处理CCTO陶瓷粉体，最后获得高介电常数（ε~4000）、高压敏非线性系数（α为20~45）的电容-压敏双功能CCTO陶瓷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电容-压敏双功能陶瓷的制备方法，先采用固相反应合成CaCu₃Ti₄O₁₂单相粉体，然后采用熔盐法处理CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷粉体，最后制备得到具有高介电常数和高压敏非线性系数的电容-压敏双功能CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷。

一种电容-压敏双功能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

（1）CCTO陶瓷粉体的合成

按照CaCu₃Ti₄O₁₂化学计量比称量CaCO₃、CuO、TiO₂粉末；称量好的粉末在去离子水或者酒精中球磨8-24小时；球磨后的混合浆料烘干后置于氧化铝坩埚中950℃预烧2-10小时，冷却后获得CCTO单相的粉体;

（2）CCTO陶瓷粉体的熔盐处理