[发明专利]一种巨介电、低损耗CCTO陶瓷的还原-再氧化制备方法

说明书

本发明涉及新型电子陶瓷材料领域，公开了一种巨介电、低损耗CCTO陶瓷的还原‑再氧化制备方法，在组份设计上，针对Cu位、Ti位，采用单掺杂或双掺杂的成份设计方法。成份组成为：CaCu3‑xAxTi4‑yByO12+zBN，其中，A代表Sr、Mg、Ni中的一种，B代表Zr、Sn、Ge中的一种，0.00≤x≤0.30，0.05≤y≤0.20，0.00≤z≤0.10。还原的CCTO陶瓷经低温再氧化处理后，介电损耗显著降低，同时，维持巨介电特性。本发明利用流延工艺制备生坯，采用还原‑再氧化工艺烧结，与基于贱金属内电极的多层片式元件制备工艺相兼容。采用本发明的制备工艺与材料组份设计方法，可制备出能够满足实际应用要求的基于贱金属内电极的多层片式CCTO陶瓷元件。

技术领域

本发明涉及新型电子陶瓷技术领域，具体涉及一种巨介电、低损耗CCTO陶瓷的还原-再氧化制备方法。

背景技术

CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)陶瓷材料在100～600K温度范围内拥有优越的巨介电特性，其介电常数可达10⁴～10⁵。另一方面，其同时拥有类似于ZnO压敏陶瓷的显著的非线性电流-电压特性。CCTO陶瓷材料因具有优异的电容-压敏双功能特性，在抑制半导体器件所面临的瞬态过压威胁方面具有非常广泛的应用前景，吸引了大量研究人员的关注。CCTO陶瓷材料的电容-压敏双功能特性使其可被应用于制造多层片式陶瓷电容器MLCCs与多层片式压敏电阻器MLVs等领域。尤其是其巨介电特性，可有效地推进CCTO基MLCCs尺寸小型化。基于贵金属Ag/Pd内电极的多层片式CCTO基MLCCs研究表明其在多层片式元件中应用具有较好潜力(J.Am.Ceram.Soc.98(1),141-147,2015.)。

采用贱金属内电极，如镍、铜，是多层片式元件制备领域的里程碑式的进步，贱金属内电极的应用极大地降低了多层片式元件生产成本，进而获得广泛的应用。贱金属内电极须在保护性气氛中烧结以避免其被氧化而失效，然而，CCTO材料在低氧分压条件下不稳定，易于发生分解，进而，巨介电特性与非线性特性被破坏。目前，CCTO材料改性研究中大都以高氧分压气氛烧结为主，研究的CCTO材料体系难以与贱金属内电极共烧。近期，中国专利公开号CN114956805A公开了一种Bi掺杂体系Ca_1-xBi_xCu₃Ti_4-yO₁₂+zBN的CCTO材料的抗还原制备方法，其中0.02≤x≤0.5，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2。解决了CCTO材料在保护性气氛烧结面临的分解问题，使得CCTO与贱金属内电极共烧成为可能。但，还原烧结并结合再氧化处理，CCTO陶瓷的介电损耗较大，仍难以满足实际应用标准。

由此看出，虽然采用贱金属内电极可以有效地降低多层片式元件制备成本，但还原-再氧化制备工艺难以获得低损耗的CCTO陶瓷。因此，采用还原-再氧化工艺，开发具有巨介电、低损耗的CCTO材料体系成为一个十分重要的课题，具有重要的社会意义并将产生极大的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种巨介电、低损耗CCTO陶瓷的还原-再氧化制备方法，解决以下技术问题：

首先，通过流延工艺制备多层片式CCTO陶瓷生坯，采用还原气氛烧结CCTO陶瓷，使得CCTO陶瓷与贱金属内电极制备工艺兼容，促使CCTO与贱金属内电极共烧成为可能；其次，结合Cu位与T i位的单掺杂与共掺杂材料组份设计，还原的CCTO陶瓷经低温再氧化处理后，可获得低损耗的特性，同时，仍具有巨介电特性，进一步推进还原-再氧化工艺制备的CCTO陶瓷走向实际应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种巨介电、低损耗CCTO陶瓷的还原-再氧化制备方法包括以下步骤：