[发明专利]一种制备SrTiO3基巨介电常数介质陶瓷材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备SrTiO₃基巨介电常数介质陶瓷材料的方法，先将SrTiO₃、Nb₂O₅、Li₂CO₃、SiO₂、In₂O₃、MnO₂、CuO和玻璃粉，按质量百分比94.000％、1.174％、0.326％、0.400％、1.000％、0.700％、1.000％、1.600％进行配料，经球磨、过筛、造粒，再压制成坯体，排胶后坯体于还原气氛中1300～1350℃烧结保温。本发明具有较高的绝缘电阻率(R_Ω～9.38×10⁸)和巨介电常数(ε_25℃～1.55×10⁵)，实现了介电常数大于10⁵的突破，有望成为制备大容量电容器的介质陶瓷材料。

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种优化气氛烧结工艺以获得巨介电常数和高绝缘特性的SrTiO₃基巨介电常数介质陶瓷材料。

背景技术

随着无线通讯技术的高速发展，在对电子元器件的微型化、高储能、低损耗设备的迫切需求背景下，研发出具备优良性能巨介电常数材料(ε＞10³)，可使电子科技中众多领域实现突破性进展，例如有利于MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors)器件的薄层化和小型化以及制备出超大容量MLCC；制备出单层高储能电容器，即单层可满足传统MLCC容量需求，节约电极成本。

电介质在电场中受电场作用发生极化，介质的极化能力越强，其介电常数越大，实现大容量的同时所需材料的体积越小，实际生产应用中得以极大地缩减器件尺寸，实现集成电路的小型化和微型化。除此之外，介电损耗、绝缘电阻率等指标也是衡量材料体系的重要指标参数，与元器件的低损耗、可靠性密切相关，其指标参数的优异性是得以实现生产应用于电子元器件行业的关键。

目前，正在研究的高介电常数材料大部分基于晶界阻挡层效应internal barrierlayer capacitor(IBLC)，这些材料由于内部存在半导化，通常具有较低的绝缘电阻率。故常通过掺杂的方式提高晶界电阻，以提高材料的绝缘电阻率。

还原气氛(N₂/H₂)烧结，造成烧结制品内部部分晶格氧同还原气体结合，以氧空位形式出现，电子随着产生以使电荷达到平衡，根据晶界特性，氧空位以及一些缺陷聚集于晶界处，电子于晶粒内部引起半导化效应，彼此具有不同介电常数不同电导率会造成晶粒晶界界面处形成大量的空间电荷聚集，形成界面极化从而引起巨介电常数。通过改变N₂/H₂通气含量、烧结温度等以获得性能最优的SrTiO₃基晶界层巨介电常数介质陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的，是在现有技术的基础上进一步提高SrTiO₃基晶界层巨介电常数介质陶瓷材料的绝缘电阻率，获得巨介电常数，提供一种新型SrTiO₃基巨介电常数体系配方，优化还原气氛烧结工艺，实现介电常数大于10⁵的突破，并兼具高绝缘(>10⁸)特性，使其能够有望成为制备大容量电容器的介质陶瓷材料。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种制备SrTiO₃基巨介电常数介质陶瓷材料的方法，具有如下步骤：