[发明专利]一种具有可调控负介电性能的陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有可调控负介电性能的陶瓷材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1：混料：按质量百分比计，以80％～20％的氮化钛粉体和20％～80％的氧化钛粉体为原料进行混合，得到混合粉体；步骤2：造粒、压坯：向混合粉体内加入粘结剂，研磨造粒，再经压制成型得到坯体；步骤3：烧结：将坯体置于保护气氛中进行烧结，得到具有可调控负介电性能的陶瓷材料。烧结纯的氮化钛陶瓷比较困难，且其负介电常数的绝对值较大，本发明的关键在于引入氧化钛作为原料，一方面利用其在高温下与氮化钛发生的固溶反应促进烧结，另一方面利用固溶反应产生的氮氧化钛固溶物调控负介电常数的数值。本发明制备成本较低，操作简单，性能处理可观。

技术领域

本发明涉及具有负介电常数的超材料领域，具体涉及一种具有可调控负介电性能的陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

介电常数和磁导率是描述材料宏观电磁性能的两个基本的物理性能参数，不同的应用领域，对材料的电磁参数具有不同的要求，所以需要对其进行有效的调控以满足材料在不同领域的应用要求。对材料的介电常数进行调控，也是功能材料的一个重要研究方向，如高介电常数材料、低介电常数材料、以及不同大小的损耗介质材料等。介电常数的一般定义是指物质在外加电场的作用下，内部产生极化电场以抵消外电场影响的能力，在静电场作用下，介电常数的大小极化电场建立后材料内部的电场强度与外电场的比值；在不同频率的交变电场作用下，介电常数则表现为频率的函数。

一般而言，常规电介质材料的介电常数(若在交变电场下，则为实部)为正值，表征其内部极化电场的方向与外电场的方向相反。当材料的介电常数为负值时，由此而表现出的一系列的新颖的电磁性能具有广泛的应用前景，比如金属材料等离体子共振产生的负介电现象可应用于电磁屏蔽，碳纳米管为功能相的负介电涂层应用于武器装备的隐身，另外，负介电材料与负磁导率材料结合可应用于高分辨成像技术等等。不同的应用场合对负介电常数的数值具有不容的要求，因此，如何实现对材料的负介电常数进行有效的控制，对于开发新型的电子元器件具有重要的意义。

金属事实上是一种固态等离子体，内部有大量的自由电子，但是其等离体子频率在紫外波段，频率较低时，金属介电常数的数值为负值。然而在远低于其等离体子频率的频段(MHz～GHz)其介电常数的实部远远小于虚部，可认为其为一个虚数。除去阵列型的超材料可以实现可调控的负介电性能，另有文献报道可利用过逾渗阈值的金属陶瓷得到可调控的负介电性能，但是由于金属的介电负值和涡流损耗都比较大且金属具有高频截止的特点，因此从某种意义上讲，限制了金属陶瓷的发展；另有文献报道利用聚合物基体添加导电的碳材料也可实现对负介电常数的有效调控，但是聚合物基复合材料难以用于高温高压等苛刻环境。先进陶瓷材料是采用高度精选或合成的原料，具有能够精确控制的化学合成，按照便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计、并具有优异特性的陶瓷。另外，陶瓷材料自身的高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀等特性可保证其适用于一定的恶劣环境中，因此，利用陶瓷材料实现负介电常数并对其进行有效的调控，则显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可调控负介电性能的陶瓷材料及其制备方法以解决上述现有技术的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种具有可调控负介电性能的陶瓷材料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1：混料：按质量百分比计，以80％～20％的氮化钛粉体和20％～80％的氧化钛粉体为原料进行混合，得到混合粉体；

步骤2：造粒、压坯：向混合粉体内加入粘结剂，研磨造粒，再经压制成型得到坯体；

步骤3：烧结：将坯体置于保护气氛中进行烧结，得到具有可调控负介电性能的陶瓷材料。

上述的具有可调控负介电性能的陶瓷材料的制备方法，其中，所述氮化钛粉体和氧化钛粉体的粒度为2～4μm。

上述的具有可调控负介电性能的陶瓷材料的制备方法，其中，步骤1中，所述氮化钛粉体和氧化钛粉体混合的方法为球磨。