CN104926303A - 一种温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料及其制备方法。该介电陶瓷材料的化学组成式为：Bi_1.34Fe_0.66Nb_1.34O_6.35。以纯度≥99%的Bi₂O₃、Fe₂O₃和Nb₂O₅为主要原料，按上述组成称量配料；将原料湿式球磨混合4小时，球磨介质为乙醇，烘干后于700℃大气气氛中预烧4小时，在制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在925~1025℃大气气氛中烧结4小时，即制得温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料。本发明制备的温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷，介电性能优异，温度稳定型好，且制备工艺简单，制备成本低，具有强的实用性。

Description

一种温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能陶瓷制备技术领域，涉及一种介电陶瓷材料，尤其是一种新型的温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

介电常数反映了材料在外电场下极化能力的强弱，介电常数越大，材料的电容能力越强。一般认为介电常数大于7的材料是高介电材料。材料具有高介电常数能够使得器件小型化, 并且获得高的集成度, 这一类材料常被用于制造电容器、动态以及静态存储器等。

目前，对于高介电常数材料现阶段研究较多有：(1) 一元的金属氧化物，如Ta₂O₅、Nb₂O₅、TiO₂、HfO₂等。这类高介电常数的介电常数一般在100以内，其中部分一元金属氧化物，如HfO₂，已经被产业界应用在1Ghit的DRAM存储器中。(2)多元氧化物，如(Pb_1-xLa_x)TiO₃、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃等。这些氧化物的介电常数很高，通常在10²~10⁴。但是，相当一部分铁电多元氧化物材料都含有Pb，在这些材料的制备和使用过程中Pb不仅会对环境造成污染，而且给人体也会带来很大的危害，不利于可持续发展战略的实施。随着电子信息技术的飞速发展使得电子工业对于集成度的要求越来越高，促使电子元器件的微型化、小型化、高稳定性及集成化是必然趋势。因此，研究开发出性能优异的无铅且介电常数稳定的高介电常数材料对于电子电路小型化与微型化具有非常重要的意义。

基于以上分析，设计了Bi_1.34Fe_0.66Nb_1.34O_6.35陶瓷。结果显示，测试温度在室温~200℃，该陶瓷具有介电常数温度变化率(Δε/ε₂₅ ^o _C)小(在–6%以内)，介电损耗(tan δ)≤0.01，介电常数(ε _r )为170~185。是一种性能优良的新型温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料及其制备方法。

本发明的温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料的化学组成式为：Bi_1.34Fe_0.66Nb_1.34O_6.35。

制备上述温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料的具体步骤为：

(1)以纯度≥99%的Bi₂O₃、Fe₂O₃和Nb₂O₅为原始粉末，按Bi_1.34Fe_0.66Nb_1.34O_6.35的组成称量配料。

(2)将步骤(1)称取的原始粉末湿式球磨混合4h，以纯度为99.7%的乙醇为球磨介质，取出浆料在120~140℃下烘干，以60目的筛网过筛，压制成块状物，然后以5℃/min的升温速率将压制的块状物由室温升至700℃，并在此温度下保温4小时，制成主粉体。

(3)在步骤(2)制成的主粉体中添加粘结剂并造粒后，压制成型，于500~600℃排胶4小时，最后将瓷料在925~1025℃下烧结，保温2小时，即制得温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料；所述粘结剂采用质量百分比浓度为5%的聚乙烯醇水溶液，剂量占粉体总量的6%。

本发明制备的铋基钙钛矿介电陶瓷材料，其介电性能优异：测试温度在室温~200℃，介电常数温度变化率(Δε/ε₂₅ ^o _C)小(在–6%以内)，介电损耗(tanδ)≤0.01，介电常数(ε _r )为170~185。在动态随机存储器(DRAM)、传感器、滤波器等介质器件的制造方面有应用前景。

具体实施方式

实施例1：

(1)以纯度为99.9%的Bi₂O₃、Fe₂O₃和Nb₂O₅为原始粉末，按Bi_1.34Fe_0.66Nb_1.34O_6.35的组成称量配料。

(2)将步骤(1)称取的原始粉末湿式球磨混合4h，以纯度为99.7%的乙醇为球磨介质，取出浆料在130℃下烘干，以60目的筛网过筛，压制成块状物，然后以5℃/min的升温速率将压制的块状物由室温升至700℃，并在此温度下保温4小时，制成主粉体。

(3)在步骤(2)制成的主粉体中添加粘结剂并造粒后，压制成型，于550℃排胶4小时，最后将瓷料在925℃下烧结，保温2小时，即制得温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料；所述粘结剂采用质量百分比浓度为5%的聚乙烯醇水溶液，剂量占粉体总量的6%。

实施例2：

将步骤(3)中瓷料的烧结温度改为950℃，其他与实施例1保持一致。

实施例3：

将步骤(3)中瓷料的烧结温度改为975℃，其他与实施例1保持一致。

实施例4：

将步骤(3)中瓷料的烧结温度改为1000℃，其他与实施例1保持一致。

实施例5：

将步骤(3)中瓷料的烧结温度改为1025℃，其他与实施例1保持一致。

表1示出了实施例1~5制得的温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料的介电性能。通过精密阻抗分析仪Agilent (4294A)型精密阻抗分析仪进行介电性能的测试。

上述实施例制得的温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料能够广泛用于动态随机存取存储器(DRAM)、CMOS场效应管逻辑器件的制造。

表1：不同烧结温度下制得的铋基钙钛矿介电陶瓷材料的介电性能

Claims (1)

1.一种温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料，其特征在于该温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料的化学组成式为：Bi_1.34Fe_0.66Nb_1.34O_6.35；

所述温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料的制备步骤为：

(1)以纯度≥99%的Bi₂O₃、Fe₂O₃和Nb₂O₅为原始粉末，按Bi_1.34Fe_0.66Nb_1.34O_6.35的组成称量配料；

(2)将步骤(1)称取的原始粉末湿式球磨混合4h，以纯度为99.7%的乙醇为球磨介质，取出浆料在120~140℃下烘干，以60目的筛网过筛，压制成块状物，然后以5℃/min的升温速率将压制的块状物由室温升至700℃，并在此温度下保温4小时，制成主粉体；

(3)在步骤(2)制成的主粉体中添加粘结剂并造粒后，压制成型，于500~600℃排胶4小时，最后将瓷料在925~1025℃下烧结，保温2小时，即制得温度稳定型铋基钙钛矿介电陶瓷材料；所述粘结剂采用质量百分比浓度为5%的聚乙烯醇水溶液，剂量占粉体总量的6%。