[发明专利]一种钛酸钡钙纳米晶介质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛酸钡钙纳米晶介质材料及其制备方法。所述钛酸钡钙粉体的制备方法包括如下步骤：按照式Ⅰ的化学计量比混合碳酸钡、二氧化钛和碳酸钙，加入水和分散剂得到浆料；将浆料进行砂磨得到粉体浆料；粉体浆料依次经烘干、过筛和煅烧得到钛酸钡钙粉体。本发明通过两步煅烧工艺，在低温下完成有机物分解和固相反应，在高温下使得晶格畸变，短暂保温抑制晶粒长大，获得了晶粒尺寸50～200nm，c/a≥1.008的纳米晶钛酸钡钙介质粉体，可作为基体材料用于大容量、小型化、高可靠的多层陶瓷电容器，具有重要的应用前景。(Ba_1‑xCa_x)_mTiO₃ 式Ⅰ。

技术领域

本发明涉及一种钛酸钡钙纳米晶介质材料及其制备方法，属于电容器材料技术领域。

背景技术

随着电子设备的小型化、集成化要求的不断提高，尤其是近年来5G、物联网、智能汽车等领域的快速发展，对于电子陶瓷元件的微型化、高精度、高可靠性和低成本提出了越来越高的要求。因此对于具有高介电常数、宽温稳定型、高可靠特点的介质材料的需求愈发迫切。

目前，多层陶瓷电容器材料主要由钛酸钡组成。钛酸钡(BaTiO₃)是一种强介电材料，具有高介电常数和低损耗的特点，特别适合用作介电材料制备大容量电容器。但是钛酸钡在居里峰附近介电常数变化剧烈，不利于宽温稳定性，因此往往通过固相掺杂改性、化学包覆等手段，获得平坦的介电常数-温度曲线，并且尽量使居里峰向高温移动，拓宽温度稳定区间。对钛酸钡基体进行钙元素掺杂，可以通过调控Ba/Ti和Ca占据钡位和钛位的比例，使居里峰向高温移动的同时，提高基体的绝缘电阻，从而获得具有高居里峰和高可靠的钛酸钡钙介质材料，为后续实现宽温稳定、高可靠的介质陶瓷奠定了基础。

另外，随着器件的小型化，介质层的厚度从几微米下降到1微米以下，为了保证器件的可靠性，每层介质至少需要5～7个晶粒，所以钛酸钡初始晶粒需要为100～200nm。钛酸钡晶粒尺寸的降低使得铁电性降低，从而介电常数降低。为了依然保持较高的介电常数，需要钛酸钡具有较高的四方性(c/a)。因此对于应用于小型化、高可靠MLCC中的介质陶瓷，要求初始钛酸钡晶粒同时具有小粒径和高c/a。

钛酸钡的制备方法主要分为两大类：固相法和液相法。液相法制备的粉体晶粒细小均匀，但是成本较高、工艺流程复杂，并且液相法如水热反应制备过程中晶格存在大量羟基、质子缺陷，煅烧过程中大量的点缺陷会聚集形成孔洞，降低粉体密度并抑制四方性畸变，不适合用于高可靠的小型化MLCC器件。固相法，如行星球磨，是一种传统的粉体制备方法，通过研磨介质将原料混匀、磨细，具有成本低、产量大、工艺简单的特点，但是往往得到的颗粒较大、分布不均匀。因此选择合适的制备方法对于合成高c/a、纳米晶钛酸钡粉体具有重要作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米晶、高c/a的钛酸钡钙介质粉体的制备方法，采用的砂磨和精确控制的煅烧工艺获得高质量粉体，并且钙掺杂使得制备的陶瓷具有更高的居里峰和绝缘电阻。

本发明所提供的钛酸钡钙粉体的制备方法，包括如下步骤：

S1、按照式Ⅰ所示的化学计量比混合碳酸钡、二氧化钛和碳酸钙，加入水和分散剂得到浆料；

(Ba_1-xCa_x)_mTiO₃ 式Ⅰ

式Ⅰ中，0.00＜x＜0.15(优选0.00＜x＜0.10)，1.00＜m＜1.05(优选1.00＜m＜1.03或1.00＜m＜1.01)；

S2、将所述浆料进行砂磨得到粉体浆料；

S3、所述粉体浆料依次经烘干、过筛和煅烧得到所述钛酸钡钙粉体；

所述煅烧采用两段式煅烧工艺或一段式煅烧工艺；