[发明专利]一种钛酸铜钙（CaCu3Ti4O12）的新用途及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件技术领域，特别是涉及一种钛酸铜钙(CaCu₃Ti₄O₁₂)电容－压敏电阻器及其制备方法。

技术背景

近年来，电子陶瓷材料的研究和发展取得了飞速的进展，高性能电子陶瓷材料在当代高科技领域和国民经济中占有着举足轻重的地位。电子陶瓷材料是微电子和光电子等电子行业中制备基础元件的关键，其市场需求量大，产业化前景广阔，是一类重要的、国际竞争激烈的高技术新材料。在先进陶瓷市场中，电子陶瓷占其份额的80％，每年的销售额高达二百亿美元以上，其消费者主要为IT企业和半导体行业。其中，研发权主要掌握在美国和日本的手里，而在生产方面，日本则占据了全球市场份额的60％。据专家预测，世界电子陶瓷行业每年将以10％的速度不断增长，未来前景十分广阔。近年来，为了满足新型应用设备的发展需求，电子陶瓷材料在电子通信设备、医疗器材、环境监控器及交通工具等应用领域的研发都取得了卓越的成果，并在许多方面获得了新的突破。压敏、压电、热敏、介电、铁电等陶瓷都属于不断蓬勃发展的电子陶瓷。其中，压敏陶瓷以其特有的性能，在防雷、过压保护、稳压、消磁灭弧、消除电噪声、电路补偿等领域得到了广泛的应用。

压敏电阻陶瓷材料是指在一定温度下和某一特定电压范围内具有非线性欧姆(I–V)特性的半导体陶瓷材料。它能对瞬间电压波动做出灵敏的反应，且能反复使用而不会损坏。根据这种非线性伏安特性，可以将其制成非线性电阻器，即压敏电阻器。由于压敏电阻器在保护设备安全、保障设备正常稳定工作方面有重要的作用，可以用做灭火花、避雷针、过电压保护器等，因此在航空、航天、邮电、铁路、汽车和家用电器等领域具有潜在和广阔的应用前景。

存在显著电容效应的压敏电阻通常称为电容—压敏双功能元件，在使用时此类电阻器相当一只压敏电阻器和一只电容器相并联，能起到过电压保护和滤除噪声的双重作用，被誉为电子线路中的“保护神”。随着市场的需求，压敏电阻器必将沿着小型化和多功能化的方向发展，而由单一压敏性能的压敏陶瓷发展到具有电容性和压敏性的双功能电子元器件则成为一种必然。

CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)具有类钙钛矿(ABO₃)体心立方结构，属于Im3(No.204)空间群。单个CCTO原胞中，有20个原子。其中，Ca原子处于立方体的顶点及中心位置，Ti原子处于TiO₆八面体的中心，Cu原子通过4个键与O原子相连，Ca原子与O原子形成杂化平面而没有形成化学键，因此TiO₆八面体是倾斜的。其晶格结构如上图1所示。

CCTO是一种具有优异介电性能的电介质材料，其介电常数可以达到10⁴及以上，且在10-10⁶Hz频率范围内几乎保持不变，而在100～400K温度范围内同样具有很高的温度稳定性，不存在结构相变。这种优异的性能为CCTO在电子行业的应用提供了良好的前提条件。目前，CCTO的应用主要集中在高密度信息存储和高介电电容器方面，而很少有人将其应用在压敏电阻上，这大大限制了CCTO在电子器件方面的应用。基于CCTO优异的介电性能和良好的非线性特征，本专利首次提出将其用作电容－压敏电阻器，并从性能上验证了其作为压敏电阻器的合理性。

发明内容

本发明是针对CCTO电子材料的优异性能，首次提出将其用作电容－压敏电阻器，从而提出了一种CCTO新颖的应用功能。

本发明还提供了一种如上所述的CCTO电容－压敏变阻器的制备方法。

一种CCTO电容－压敏变阻器的制备方法,工艺流程如图2。

工艺流程是通过如下步骤来实现的：

步骤A、分别在精密电子天平上准确称取高纯碳酸钙、氧化铜和二氧化钛等反应原料进行混合得到混料。所述混料中，反应原料纯度均＞99.5％，按照CCTO化学式摩尔比计算，所称量原料摩尔比为n_Ca:n_Cu:n_Ti＝1:3:4。

步骤B、将步骤A中混料置于内衬为聚四氟乙烯的球磨罐中球磨，以去离子水作为球磨介质，粉料、磨球、介质三者体积不超过罐体容积的三分之二，转速为250～300rpm，球磨时间为4～6h。之后将球磨过的浆料置于烘箱中，在70～80℃温度条件下，干燥4～6h，得到干粉。