[发明专利]一种高介电常数低损耗锆钛酸钡介质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高介电常数低损耗锆钛酸钡介质材料及其制备方法，其原料组分为Ba_1‑xBi_2x/3(Zr_0.2Ti_0.8)O₃，其中0.0003≤x≤0.0012。先将BaCO₃、Bi₂O₃、ZrO₂、TiO₂按化学计量式进行配料，经球磨、烘干、过筛后于900～1200℃预烧，再外加0.5wt％PVA进行二次球磨，再经烘干、过筛后压制成型为坯体，坯体于1300℃～1400℃烧结，制成锆钛酸钡介质材料。本发明公开的高介电常数低损耗锆钛酸钡介质材料在室温下的介电常数ε_r为11000～15000，介电损耗为0.0015～0.0040。

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种高介电常数低损耗锆钛酸钡介质材料及其制备方法。

背景技术

微电子技术的快速发展促进电子元器件向小型化、微型化、低功耗方向发展。这就要求电子元器件的重要组成部分—电介质材料兼具高介电常数和低介电损耗。铅基钙钛矿电介质材料虽然具有很高的介电常数，但含有毒铅元素，对环境和人类健康造成很大威胁；CCTO电介质材料也具有很高的介电常数，但其介电损耗较高，这些缺点限制了它们的实际应用。

钛酸钡是一种具有ABO₃结构的无铅电介质材料，是目前科学研究和工程应用最广泛的一类铁电材料，其介电常数峰值接近10000，但是在室温下介电常数只有5000左右，介电损耗也较高。目前，研究人员广泛采用置换改性和掺杂改性等方式对钛酸钡电介质材料的介电性能进行改善。锆钛酸钡Ba(Zr_xTi_1-x)O₃，是Zr⁴⁺离子取代Ti⁴⁺离子后形成的固溶体，其四方相-立方相转变温度(居里温度)随Zr⁴⁺离子掺杂含量的增加向室温方向移动，同时伴随着介电常数的改善。但是，该体系的烧结温度较高(>1400℃)、介电损耗较大(>0.01)。

发明内容

本发明的目的，是在现有技术的基础上，提供一种高介电常数低损耗锆钛酸钡体系的制备方法，在保持高介电常数的前提下降低锆钛酸钡体系的介电损耗。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种高介电常数低损耗锆钛酸钡介质材料，其原料组分为Ba_1-xBi_2x/3(Zr_0.2Ti_0.8)O₃，其中0.0003≤x≤0.0012。

该高介电常数低损耗锆钛酸钡介质材料的制备方法，具有如下步骤：

(1)分别将BaCO₃、Bi₂O₃、ZrO₂、TiO₂按Ba_1-xBi_2x/3(Zr_0.2Ti_0.8)O₃其中0.0003≤x≤0.0012的化学计量式进行配料，加入去离子水和氧化锆球后，球磨4～8小时；

(2)将步骤(1)球磨后的粉料置于干燥箱中，于80～120℃烘干，然后过40目筛；

(3)将过筛后的粉料放入坩埚内密封，并置于中温炉中，于900～1200℃预烧，保温2～6小时；

(4)将步骤(3)预烧后的粉料外加0.5wt％PVA进行混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水进行二次球磨，球磨8～15小时，烘干后过80目筛，再用粉末压片机以2～5MPa的压力压制成坯体；