[发明专利]具有巨介电常数高绝缘特性的介质材料及其制备方法

说明书

一种具有巨介电常数高绝缘特性的陶瓷介质材料，原料组成及其摩尔比为BaCO₃︰TiO₂︰Nb₂O₅︰MgO＝1︰1︰0.001～0.02︰0.001～0.02；按化学式称量配料后，经球磨、烘干，过筛，再外加质量百分比为7％的粘结剂，进行造粒，压制成生坯，再经排胶后，在还原气氛下，于1300～1450℃烧结，制得巨介电常数高绝缘特性的陶瓷介质材料。本发明介电常数在40000，绝缘电阻率可达到10¹¹数量级，可用于还原气氛下多层片式陶瓷电容器(MLCC)的制备，大大提高了多层陶瓷电容器器件的性能。

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种巨介电常数高绝缘特性的陶瓷介质材料及其制备方法。

背景技术

当今世界电子技术飞跃发展，人们对轻薄化、小型化的笔记本电脑和智能手机等电子设备的需求急剧上升，促使着电子元器件向着微型化方向发展，国内外众多学者也相继开展了相关的研究工作。作为电子产品中使用量最多的元器件之一——电容器微型化的实现在很大程度上影响着电子产品的微型化和各性能的实现。电容器储存电荷的能力主要取决于其尺寸和所使用的介质材料的介电常数，介电常数大的介质材料能在保证相同储存能力的前提下大大缩小电容器尺寸。所以研发出具备优良性能巨介电常数材料(ε＞10⁴)，可使电子科技中众多领域实现突破性进展。除此之外，介电损耗和绝缘特性也是衡量材料体系的重要指标参数之一，与元器件的低损耗密切和可靠性相关，低介电损耗和高绝缘特性的实现是实现材料在电子元器件行业生产应用的关键。

钛酸钡是一种优良的强介电材料，但纯相钛酸钡室温介电常数偏低且介电常数随温度变化较大，为满足实际应用的要求，通常需对其进行掺杂改性。已有的实验数据发现Nb₂O₅掺杂钛酸钡在N₂下退火会出现巨介电常数现象；另外，在空气下烧结时，MgO的掺入会使得该体系的介电损耗和绝缘特性有所提升。本此发明期望通过以上两种掺杂剂共同掺杂，调节烧结条件以制备出各性能均较优的钛酸钡基陶瓷。

在还原气氛(N₂/H₂)下烧结，有利于钛酸钡基陶瓷材料氧空位的产生，在这个过程中，为保证电荷平衡会产生电子。产生的电子在晶粒内部各格点间跳跃会引起晶粒半导化效应，晶粒与晶界处的介电常数和电导率不同会造成晶粒晶界界面处聚集大量的空间电荷，形成界面极化从而引起巨介电常数。通过改变烧结气氛、通气含量等以获得性能最优的钛酸钡基巨介电常数陶瓷。

发明内容

本发明的目的，是在现有技术的的基础上，适应电子元器件向着微型化方向发展，提供一种具有巨介电常数高绝缘特性的陶瓷介质材料及其制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种具有巨介电常数高绝缘特性的陶瓷介质材料，原料组成及其摩尔比为BaCO₃︰TiO₂︰Nb₂O₅︰MgO＝1︰1︰0.001～0.02︰0.001～0.02，简写为BTN_0.001～0.02M_0.001～0.02；

上述具有巨介电常数高绝缘特性的陶瓷介质材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将BaTiO₃、TiO₂、Nb₂O₅、MgO按摩尔比1︰1︰0.01︰0.01称量配料；

(2)将步骤(1)配制的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨4小时；再将球磨后的原料置于红外干燥箱中烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

(3)在步骤(2)处理后的粉料外加质量百分比为7％的粘结剂，过80目分样筛，造粒；