[发明专利]一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法，属于介电陶瓷材料技术领域；本发明的一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料的通式为Srsubgt;1‑3x/2/subgt;Lnsubgt;x/subgt;TiOsubgt;3/subgt;；其中，0.0075≤x≤0.01，Ln为稀土元素Ce、Dy或Sm中的任意一种；本发明提供的陶瓷材料以钛酸锶为基体，对其进行Ce、Dy或Sm掺杂，并优选掺杂数量，从而使制备得到的陶瓷材料的介电常数都在11000(RT，1kHz)以上，并且制备得到的材料还具有极低的介电损耗，其中介电损耗都在0.07(RT，1kHz)以下，同时其还具有优异的频率稳定性和优异的温度稳定性；另外，本发明的技术方案提供的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料在空气中烧结，或在较低温度的氮气环境下退火，即制备过程较为简单，有利于工业生产应用。

技术领域

本发明属于介电陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着当今信息技术的发展，对介电材料提出了更高的要求，巨介电材料因其巨大的介电常数、低介电损耗及良好的温度和频率稳定性在电容式电子元件和高能量密度存储组件的小型化中有重要应用；过往研究中在追求高介电常数的过程中，常常面临高介电损耗的存在，如何在拥有高介电常数的同时还具有低的介电损耗成为一大难题。

介电常数是材料的本征参数，大多数电介质材料是一种电绝缘体，当电介质材料处在一定的电场的环境中，其内部正负电荷将偏离电荷重心，达到新的平衡状态，形成偶极子，出现电极性，产生极化，介质的极化强度是指单位体积的偶极矩，而介电常数是衡量电介质材料在这种电场作用下的极化能力的参数，也可以称之为介电系数或电容率，反映电介质材料储存电荷能力的大小；电介质材料在电场作用下完成极化的同时伴随着能量的损耗，该损耗直接影响着信号的存储和电子元器件工作的稳定性和可靠性，如果电子元器件在工作时，由于损耗导致温度升高，影响着电介质材料的介电性能，影响着整个电子设备运行；因此研究介电损耗并降低介电损耗对于电介质陶瓷介电性能的研究是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有高介电常数、低介电损耗的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料，所述陶瓷材料的通式为Sr_1-3x/2Ln_xTiO₃；其中，0.0075≤x≤0.01，Ln为稀土元素Ce、Dy或Sm中的任意一种。

本发明提供的稀土改性的钛酸锶巨介电陶瓷材料以钛酸锶为基体，对其进行稀土元素Ce、Dy或Sm掺杂，并优选掺杂的数量，在特定的掺杂数量以及掺杂稀土元素下，形成的掺杂陶瓷材料会产生氧空位和自由电子，从而形成巨大的缺陷偶极子簇缺；缺陷偶极子在短距离内局限自由电子或氧空位，而其内部的局部载流子跳跃对巨介电常数做出了巨大贡献；此外，载流子与缺陷偶极子之间的强耦合产生了优异的介电温度稳定性。其中，本发明提供的巨介电陶瓷材料的介电性能都在11000(RT，1kHz)以上，且在上述三种稀土元素的掺杂下，制备得到的材料还具有极低的介电损耗，介电损耗在0.07(RT，1kHz)以下，还具有优异的频率稳定性和优异的温度稳定性。

另外，本发明还提供了所述陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛源、锶源和Ln源混合进行第一球磨、干燥，得混合粉体Ⅰ；

(2)将混合粉体Ⅰ在空气中煅烧，煅烧结束后进行第二球磨，得混合粉体Ⅱ；

(3)将PVA水溶液加入到混合粉体Ⅱ中，制粒、压片，得生片；

(4)将生片进行烧结、抛光，得陶瓷材料。