[发明专利]一种高介电常数类钙钛矿型压敏陶瓷材料CaCu3Ti4O12的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高介常数类钙钛矿型CaCu₃Ti₄O₁₂压敏陶瓷材料的制备方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。

背景技术

CaCu₃Ti₄O₁₂(简称CCTO)压敏陶瓷材料是类钙钛矿结构，是近年来发现的一种具有巨大介电常数的新型材料，CCTO具有优异的电学性能，包括反常的巨介电常数（ε≈10⁴~10⁵）和低的介电损耗(tanδ≈0.03)，特别是在室温附近很宽的温区内（100~400K）介电常数值几乎不变，表明其具有良好的热稳定性，同时，CCTO具有一定的电流-电压非线性压敏特征，CCTO材料的优异的电容-压敏综合性能，有可能成为替代目前ZnO压敏陶瓷的新型过电压防护材料，在过电流防护领域中获得广泛的应用。

CCTO压敏陶瓷主要采用传统的电子陶瓷方法制造，晶粒形态对烧结活性和陶瓷材料性能有着很大的影响，传统的合成方法是高温固相煅烧法，此法一般利用等摩尔CuO、TiO₂和CaCO₃的混合物为原料，进行高温固相反应生成CCTO，然后再经粉碎、研磨等工序制得产品，但该法的问题在于合成温度高而使制得的粉体粒度大、团聚严重和因混合不均匀导致产物化学组成不均匀,难以制备纳米粉体材料，现代材料科学要求在发展新材料的同时，探索一种方法工艺简单，成本低廉，低能耗，环境友好的合成路线来合成纳米陶瓷粉体具有极其重要的科学和现实意义，所以探索新的制备工艺已成为研究和开发的热点。

水热法作为通过高温高压在水溶液或蒸汽中合成钙钛矿纳米粉体的方法，已经广泛应用于SrBi₂Ta₂O₉铁电存储器材料和Na_0.5Bi_0.5TiO₃无铅压电陶瓷粉体等的制备，水热法具有能通过改变体系的物理化学条件，从而控制晶粒的显微形貌和工艺较简单，污染少，有助于提高粉体的各种性能的优点，因此，水热法能够改善钙钛矿的微观结构均匀性、提高陶瓷致密度，从而提高产品性能稳定性，延长使用寿命，提高介电性能和改善压敏性能等，但水热法应用于制备CCTO压敏陶瓷至今尚未报道。

因此，目前研究的重点是探索CCTO压敏陶瓷材料的配方组成和制备工艺，降低压敏陶瓷的烧结温度，本发明以Cu、Ca的硝酸盐及Ti(OC₄H₉)₄为起始原料，结合水热法制备纳米CCTO粉体，从而制得高性能CCTO压敏陶瓷，以达到降低温度和提高压敏及介电特性的目的。

发明内容

本发明克服了传统固相法以氧化物为原料制备CCTO粉体存在的能耗大、粉体粒度大、团聚严重和因混合不均匀导致产物化学组成不均匀等缺点，采用工艺简单和能耗较低的水热法，获得具有纯相的钙钛矿结构、粒径均一的纳米高介电性能类钙钛矿型CaCu₃Ti₄O₁₂粉体及压敏陶瓷。

本发明所采用的方法涉及到许多因素，如反应物的配比、反应温度、反应时间、pH值，以及装料的填充度等，它包括以下步骤：

1、纳米CaCu₃Ti₄O₁₂粉体的制备