CN115196959B - 一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法，其配方化学计量式为Sr1‑xErxTiO3，x＝0,0.002,0.006,0.008,0.010,0.012,0.014，其中x为摩尔质量百分比。由经球磨煅烧粉碎后所得的SrTiO3粉体和Er2O3粉体混合球磨烘干后制得。具有巨介电、超低损耗、高电阻率、制备工艺简单和环境友好等优点。

Description

一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电 陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无铅陶瓷材料及其制备方法，特别涉及一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法。
背景技术
21世纪以来，由于对能源的巨大需求和微电子技术的快速发展，寻找高介电材料用于电子和储能器件引起了业界的广泛关注。目前，巨介电材料的研究主要集中在BaTiO3，SrTiO3，CaCu3Ti4O12，NiO，TiO2。巨介电常数(CP)材料指介电常数>104。然而，巨介电常数材料通常伴随着高介电损耗(>0.05)可用于高电场、高温等环境中出现电阻急剧下降，导致电子器件老化和失效，缩短使用寿命，工业应用受到限制。
为了解决这一问题，核心的科学问题是调控材料中各种缺陷结构的集中和复合，以及形成的缺陷偶极子的迁移和扩散。目前解释介电材料降解的模型有两种:氧空位迁移模型和电导机制模型。氧空位迁移模型是解释电容器陶瓷材料降解的最公认和最经典的模型。介质中带正电荷的氧空位在电场的作用下逐渐向负极迁移，形成漏电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单，材料成本低，环境友好的通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的陶瓷材料其配方化学计量式为Sr1-xErxTiO3，x＝0，0.002，0.006，0.008，0.010，0.012或0.014，其中x为摩尔质量百分比。
本发明的制备方法包括以下步骤：
步骤1：制备纯相SrTiO3粉体；
按照化学式Sr1-xErxTiO3，x＝0，0.002，0.006，0.008，0.010，0.012或0.014，其中x为摩尔质量百分比，将SrCO3、TiO2和Er2O3混合球磨后烘干得混合物A；
步骤2：制备陶瓷材料
将经球磨烘干后的混合物A压块后于1100-1200℃煅烧2.5～3小时后粉碎研磨120目筛，制成Sr1-xErxTiO3粉体；
步骤3：制备陶瓷样品
将Sr1-xErxTiO3粉体压制成试样，并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于在管式炉中在氢气下于1490～1510℃进行烧结，烧结完成后冷却至室温后打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极浆料的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于管式炉中，在580～600℃的温度下烧结10～20min制得Sr1-xErxTiO3，其中x＝0,0.002,0.006,0.008,0.010,0.012,0.014陶瓷样品。
所述步骤1的球磨的料：球：水的质量为：1：5：(0.8～1)；球磨后在85～100℃烘干20～24h。
所述步骤2的粉碎研磨的料：球：水的质量比为1:(4.8～5.2):(0.8～1.2)。
所述步骤3的烧结制度为：首先自室温以300min升温至1490～1510℃，保温120min；接着以200min降温至500℃最后随炉冷却至室温。
本发明通过掺杂稀土元素Er3+或在低氧分压下烧结制备出高介电常数、低损耗、高绝缘电阻率陶瓷材料。由于Er3+是两性掺杂剂，在低氧分压下表现出较高的两性行为。本专利申请研究了在空气、氮气、氩气和氢气中烧结的Sr1-xErxTiO3(x＝0、0.002、0.006、0.008、0.010、0.012、0.014)陶瓷的微观结构和介电性能，并监测了氧空位的产生、扩散和湮灭行为。
本发明的原理
SrTiO3是一种典型的钙钛矿结构的顺电材料，能带隙为～3.2eV，具有高击穿场强(>200kV/cm)、高绝缘电阻、低介电损耗等优异的基本性能。因此，它是高介电常数、低损耗材料的最佳选择。有研究表明，氧空位会极大地影响SrTiO3的电学、光学等物理性质，甚至会引起金属绝缘体的转变和超导性。
在一定的电场作用下，如果陶瓷中存在大量的氧空位，靠近氧空位的晶格氧可以迁移到氧空位的位置，而不容易完全克服共价键，相当于晶格中氧空位的迁移。在电场作用下，氧空位降解过程分为两步：氧空位在晶界内迁移和在晶界处积累。随着时效时间的增加，晶界附近的氧空位开始跨晶界迁移，最终导致材料降解失效。因此，氧空位的形成、扩散和湮灭是改变介电材料性能的主要诱因。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明制备的Sr1-xErxTiO3陶瓷材料，采用Er替代部分SrTiO3，实现了陶瓷的无铅化配方和工艺。在本发明的陶瓷材料制作的陶瓷产品中，SET12-H陶瓷获得了CP(132543@1kHz,157650@1MHz)和超低tanδ(0.009@1kHz,0.03@1MHz)，并具有良好的频率稳定性(20Hz至2MHz)和温度稳定性(-180℃至425℃)，并且利用还原再氧化技术极大地提高了绝缘电阻率(2.8×1014Ω·cm)及其稳定性。利用该技术制备的陶瓷同时获得巨介电、超低损耗和高的绝缘电阻率，制备工艺简单，材料成本低，提高了电子器件的可靠性和使用寿命，促进其工业应用。另外，随着人们的环保意识的加强，材料的生产要规避对环境的影响，本发明所采用的原材料中由于不含铅等重金属元素，对环境友好，所以制备过程中不会对环境破坏。
附图说明
图1是本发明实施例1至实施例7制备的Sr1-xErxTiO3陶瓷与其他巨介电材料的介电常数和介电损耗对比图谱。
图2是本发明实施例1至实施例7制备的Sr1-xErxTiO3陶瓷材料的在(a)20～80°(b)32.33～32.42°的2θ范围内不同气氛烧结的SET12陶瓷的室温XRD图。
图3是在(a)空气、(b)氮气、(c)氩气和、(d)氢气中烧结的SET12陶瓷样品的表面形貌和晶粒尺寸分布图。
图4是本发明实施例1至实施例7制备的(a)SET-Air陶瓷εr和tanδ随频率的变化图，(b)在空气、氮气、氩气和氢气中1510℃烧结的SET12陶瓷。
图5是本发明实施例1至实施例7制备的SET12-Air,SET12-N,SET12-Ar和SET12-H陶瓷的(a1,b1,c1,d1)O 1s，(a2,b2,c2,d2)Ti 2p和(a3,b3,c3,d3)Er 4d的XPS谱。
图6是本发明实施例1至实施例7制备的(a)SET12-H陶瓷在500-600℃范围内测量的复阻抗谱，(b)不同气氛下烧结的SET12陶瓷在550℃下测量的复阻抗图谱，(c)在不同气氛下烧结的SET12陶瓷的晶粒和晶界电导率随1000/T的变化规律，(d)SET12-Air陶瓷在550℃下测量的复阻抗图谱，(e)SET12-H陶瓷在550℃下测量的复阻抗图谱，(f)室温下SET12-H陶瓷样品的直流电阻率随电压的变化曲线。
图7是本发明实施例1至实施例7制备的(a-g)在直流电压为0.5kV/cm的条件下，在200～800℃的温度下，对SET12-H陶瓷进行再氧化处理，得到R(t)和t曲线，(h)室温下SET12-H-O陶瓷样品的直流电阻率随电压的变化曲线。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷，其配方化学计量式为Sr1-xErxTiO3，其中x＝0,0.002,0.006,0.008,0.010,0.012,0.014，其中x为摩尔质量百分比。
一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备纯相SrTiO3粉体；
按照化学式Sr1-xErxTiO3，x＝0，0.002，0.006，0.008，0.010，0.012或0.014，其中x为摩尔质量百分比，将SrCO3、TiO2和Er2O3混合球磨，球磨的料：球：水的质量为：1：5：(0.8～1)，球磨后在85～100℃烘干20～24h得混合物A；
步骤2：制备陶瓷材料
将经球磨烘干后的混合物A压块后于1100-1200℃煅烧2.5～3小时后粉碎研磨，料：球：水的质量比为1:(4.8～5.2):(0.8～1.2)，过120目筛，制成Sr1-xErxTiO3粉体；
步骤3：制备陶瓷样品
将Sr1-xErxTiO3粉体在200～220MPa的压强下，通过冷等静压压制成试样，并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于在管式炉中在氢气下先自室温以300min升温至1490～1510℃，保温120min；接着以200min降温至500℃最后随炉冷却至室温，烧结完成后冷却至室温后打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极浆料的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于管式炉中，在580～600℃的温度下烧结10～20min制得Sr1- xErxTiO3，其中x＝0,0.002,0.006,0.008,0.010,0.012,0.014陶瓷样品。
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
注：1)Sr1-xErxTiO3(x＝0.012)缩写为SET12；
2)在空气，氮气，氩气，氢气中烧结的陶瓷缩写分别为：SET-Air，SET-N，SET-Ar，SET-H。
3)SET12在空气，氮气，氩气，氢气中烧结的陶瓷缩写分别为：SET12-Air，SET12-N，SET12-Ar，SET12-H。
实施例1：
化学式为Sr1-xErxTiO3，其中x＝0。
步骤1：制备纯相Sr1-xErxTiO3粉体。
(1)根据Sr1-xErxTiO3，其中x＝0,0.002,0.006,0.008,0.010,0.012,0.014，分别称取SrCO3，TiO2和Er2O3原料混合形成混合物A；
(2)将混合物A与锆球石及去离子水混合后，采用行星式球磨机球磨18～24h，料：球：水的比例：混合物A为1:5:1；球磨后在100℃烘干20h；
步骤2：制备陶瓷材料
(3)将经球磨烘干后的混合物A压块，煅烧，压块A煅烧温度1200℃下保温2.5小时；将煅烧的压块A二次研磨，烘干，得到陶瓷材料。
步骤3：制备陶瓷样品
(4)将烘干料研磨过120目筛，得到可制作过筛料。
(5)将得到过筛料在200MPa的压强下，通过冷等静压压制成试样，保压3分钟，再在190MPa下保压5分钟，最后再在40MPa/min卸压；并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于在管式炉中分别在空气、氮气、氩气和氢气中，其烧结制度为：首先以300min升温至1510℃，保温120min；接着以200min降温至500℃最后随炉冷却至室温。
(6)打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于箱式炉中，在600℃的温度下烧结20min制得SrTiO3陶瓷样品。
实施例2：
本实施例中陶瓷样品的配方为(1-x)：x(x＝0.002)，其它条件同实施例1。
实施例3：
本实施例中陶瓷样品的配方为(1-x)：x(x＝0.006)，其它条件同实施例1。
实施例4：
本实施例中陶瓷样品的配方为(1-x)：x(x＝0.008)，其它条件同实施例1。
实施例5：
本实施例中陶瓷样品的配方为(1-x)：x(x＝0.010)，其它条件同实施例1。
实施例6：
本实施例中陶瓷样品的配方为(1-x)：x(x＝0.012)，其它条件同实施例1。
实施例7：
本实施例中陶瓷样品的配方为(1-x)：x(x＝0.014)，其它条件同实施例1。
如图1所示，对以上七个实施例制得的陶瓷样品与其他巨介电陶瓷的介电常数和介电损耗进行对比，该实施例制得的陶瓷具有很高的介电常数和超低介电损耗，介电性能优异。
对以上七个实施例制得的陶瓷样品进行XRD分析，得到图2结果，展示了不同实验配方对其陶瓷结构的影响。所有样品在(110)处都有最强的峰，为纯钙钛矿立方相，无杂质，(110)峰放大倍数如图2(b)所示。与(110)峰的标准位置相比，随着氧分压的降低，衍射峰(110)的角度略有降低，晶格参数有所增加。同时，峰仍以低角度出现，表明Er3+(89pm)离子可能取代这两个位置，主要占据Ti4+(60.5pm)位置，少量占据Sr2+(144pm)位置，而SET12陶瓷的晶格参数在图2(a)插图中也呈现出这样的变化趋势。
对以上七个实施例陶瓷样品的微观形貌进行分析，得到图3结果。所有样品的显微组织致密，晶粒尺寸均匀，无第二相。一方面，随着氧气分压的降低，陶瓷的颜色逐渐变黑，这意味着陶瓷内部有不同类型的缺陷，通常，施主掺杂导致电子补偿，形成色心，使陶瓷颜色变深。由于电子补偿机制，施主掺杂SrTiO3陶瓷在烧结过程中被还原，Ti4+结合弱连接电子形成Ti3+，它通常位于负离子空位(氧空位)周围。因为氧空位带正电荷，它捕获的两个电子构成了一个色心，称为F色心。因此，氢气烧结陶瓷的颜色较其他样品深。另一方面，通过计算平均晶粒尺寸发现，氧分压越低，烧结陶瓷的晶粒尺寸越小。同样，这是因为还原气氛导致氧空位的增加，从而抑制了晶粒的生长。
对以上七个实施例陶瓷样品的介电性能进行分析，得到图4结果。如图4(a)所示，SET-Air陶瓷的x＝0.012或0.014时，在测量频率范围(20Hz至2 105Hz)内介电损耗小于0.05。Er3+离子作为施主掺杂离子，可以带来额外的电子，而Ti4+可以获得自由电子并转变为Ti3+形成缺陷，从而提高了介电常数。然而，界面极化机制会在高频率下消失，导致介电常数迅速下降。
图4(b)显示了在Air、N2、Ar和H2中1510℃烧结的SET12陶瓷的εr和tanδ在室温下随频率的变化曲线。比较这四种陶瓷，发现介电常数随氧含量的降低而增加。不同气氛的主要影响因素是陶瓷样品中氧空位的浓度不同，这说明了氧空位在CP行为产生中的重要性。氢气烧结陶瓷的介电常数比其他陶瓷高一个数量级。SET12-H陶瓷获得CP(132543@1kHz,157650@1MHz)和超低tanδ(0.009@1kHz,0.03@1MHz)，具有良好的频率稳定性，介电常数的急剧增加是由于在高温缺氧环境中促进生成许多氧空位，并在生成氧空位的同时形成自由电子。此外，tanδ保持在一个非常低的水平，表明陶瓷中存在其他极化机制和缺陷，可以局域电子。由于Er3+离子的位置不同，点缺陷的类型也不同。因此，通过不同Er3+离子的置换位置来分析CP行为的原因是可行的。根据实验公式的类型、烧结气氛和掺杂离子的类型，有以下缺陷化学反应：
Ti4++e′→Ti3+ (4)
对以上七个实施例陶瓷样品O1s、Ti 2p和Er 4d的高分辨率XPS光谱如图5所示。如图5a1～d1所示的高分辨率O1s可分为以531.55～532.06eV(O1)、530.11～530.45eV(O2)为中心的主峰和以529.32～529.63eV(O3)为中心的低能量峰，分别对应Ti-O体八面体中观测到的H2O、V″o或-OH和晶格氧原子。图5a2～d2显示了Ti 2p在四种陶瓷中的XPS光谱。定量峰拟合表明Ti 2p谱由3个峰组成，分别对应458.65～458.91eV、458.65～459.19eV和463.89～464.30eV的结合能第一种和第三种可以归因于本征的Ti4+离子，其中Ti3+离子在SET-H样品中Ti3+和V″o的含量显著高于其他三种陶瓷样品。这揭示了强还原气氛使SET材料具有更多的Ti3+和氧空位。这是由于在还原气氛中，氧空位更容易诱导，Ti4+离子更容易转化为Ti3+离子。图5(a3-d3)所示，Er 4d谱的峰值对应的结合能为164.06～164.40eV。四种陶瓷的峰值位置基本不变，说明Er3+既不失去电子，也不获得电子，进一步证明Er3+在SrTiO3陶瓷中是非常稳定的。
图6给出了(a)500～600℃范围内的SET12-H陶瓷的复阻抗谱，(b)550℃下不同气氛烧结的SET12陶瓷的复阻抗谱，在SET12-Air和SET12-N样品的阻抗图中可以看到两个半圆，一个在高频处，对晶粒有贡献，另一个在低频处，对晶界有贡献。从SET12-Ar和SET12-H陶瓷的阻抗图可以看出，低频时只有一个对晶界有贡献的半圆，高频时消失。为了正确分析SET12样品的阻抗图，将数据与等效电路(RgCPEg)(RgbCPEgb)进行拟合，如图6(c)所示。可以看出晶粒的电导率比晶界的电导率高3个数量级，说明样品晶界的电阻值远高于晶粒，因此晶界对陶瓷的整体绝缘性能起着主导作用。为了更清楚地观察大气对陶瓷电导率的影响，图6(d)和图6(e)分别为550℃下测得的SET12-Air和SET12-H陶瓷的阻抗图。可以直观地看出，随着氧分压的降低，两条弧线逐渐减小，因此在SET12-H陶瓷的阻抗图中，只有一条弧线代表晶界响应。此外，晶界电阻显著降低。SET12-H陶瓷样品的直流电阻率随电压的变化如图6(f)所示。当直流电压达到80v时，电阻率迅速下降。事实上，产生这种现象的原因是电子在陶瓷样品中的钉扎效应减弱，电子的局域化能力减弱，电子在高压下的跃迁会导致晶界电阻急剧下降。同时，氧空位的迁移也降低了陶瓷样品的晶界电阻。在保持内部缺陷偶极子浓度和电子钉扎效应的同时，很难提高晶粒电阻。因此，调节晶界电阻是提高SET12-H陶瓷样品绝缘电阻率的有效方法。
为了提高晶界的绝缘性能，进一步探索氧空位在陶瓷中的扩散机理，对SET12-H进行了再氧化处理温度范围为200-800℃，在0.5kV/cm的直流电场下测量样品的电阻，如图7所示。再氧化的速率是由其在给定温度下的扩散率控制的，扩散率是在陶瓷表面形成浓度梯度时移动离子在晶格上扩散的速度。随着温度的降低，电阻振荡增大，直至200℃时电阻率达到2.8×1014Ω·cm，表明再氧化使晶界绝缘性增大，陶瓷的绝缘电阻率增大。温度越低振荡峰越强的原因是当温度超过临界值时，O2由于有足够的动能逃离陶瓷表面的局部势阱而与陶瓷表面发生更多的碰撞。根据R.A.De Souza等人的报告，弹性碰撞频率的增加减少了表面捕获的氧气量，这反过来又降低了扩散速率，因此氧气交换反应的动力学在较低的温度下变得更加明显，即从500℃左右开始。总体响应包括以下三种情况：
在第一阶段，如图7(a)-(c)所示，即在600℃以上的温度下，由于氧气与陶瓷表面之间存在强烈的弹性碰撞，氧气交换反应动力学非常缓慢。
在第二种情况下，如图7(d)和图7(e)所示，氧气交换反应的动力学在400℃以上变得相当可观，因此可以建立气相中的氧气和固体中的氧气之间的平衡。两种主要反应如下:
最后，在温度低于300℃时，如图7(f)和图7(g)所示，只有内部平衡是活跃的:样品与周围的大气不平衡。主要的内电子反应是氧空位的电离反应，具体如下:
如图7(h)所示，测量SET12-H再氧化后的电阻率，简称SET12-H-O。可以看出，电阻率基本不变，与氧化前相比，电阻率值明显提高了约5个数量级。其原因是氧原子从晶界进入回填氧空位。
由以上实验可知，本发明制备的陶瓷材料为具有巨介电低损耗高绝缘电阻率性能。
实施例8：
步骤1：制备纯相Sr1-xErxTiO3粉体。
(1)根据Sr1-xErxTiO3，其中x＝0，分别称取SrCO3，TiO2原料混合形成混合物A；
(2)将混合物A与锆球石及去离子水混合后，采用行星式球磨机球磨18h，料：球：水的比例：混合物A为1:5:1；球磨后在85℃烘干24h；
步骤2：制备陶瓷材料
(3)将经球磨烘干后的混合物A压块，煅烧，压块A煅烧温度1100℃下保温3小时；将煅烧的压块A二次研磨，烘干，得到陶瓷材料。
步骤3：制备陶瓷样品
(4)将烘干料研磨过120目筛，得到可制作过筛料。
(5)将得到过筛料在200MPa的压强下，通过冷等静压压制成试样，保压3分钟，再在190MPa下保压5分钟，最后再在40MPa/min卸压；并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于在管式炉中分别在空气、氮气、氩气和氢气中，其烧结制度为：首先以300min升温至1490℃，保温120min；接着以200min降温至500℃最后随炉冷却至室温。
(6)打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于箱式炉中，在600℃的温度下烧结20min制得SrTiO3陶瓷样品。
实施例9：
步骤1：制备纯相Sr1-xErxTiO3粉体。
(1)根据Sr1-xErxTiO3，其中x＝0.008,0.010,0.012,0.014，分别称取SrCO3，TiO2和Er2O3原料混合形成混合物A；
(2)将混合物A与锆球石及去离子水混合后，采用行星式球磨机球磨20h，料：球：水的比例：混合物A为1:5:0.8；球磨后在90℃烘干22h；
步骤2：制备陶瓷材料
(3)将经球磨烘干后的混合物A压块，煅烧，压块A煅烧温度1150℃下保温3小时；将煅烧的压块A二次研磨，烘干，得到陶瓷材料。
步骤3：制备陶瓷样品
(4)将烘干料研磨过120目筛，得到可制作过筛料。
(5)将得到过筛料在200MPa的压强下，通过冷等静压压制成试样，保压3分钟，再在190MPa下保压5分钟，最后再在40MPa/min卸压；并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于在管式炉中分别在空气、氮气、氩气和氢气中，其烧结制度为：首先以300min升温至1500℃，保温120min；接着以200min降温至500℃最后随炉冷却至室温。
(6)打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于箱式炉中，在600℃的温度下烧结20min制得SrTiO3陶瓷样品。
实施例10：
步骤1：制备纯相Sr1-xErxTiO3粉体。
(1)根据Sr1-xErxTiO3，其中x＝0.014，分别称取SrCO3，TiO2和Er2O3原料混合形成混合物A；
(2)将混合物A与锆球石及去离子水混合后，采用行星式球磨机球磨18、20、24h，料：球：水的比例：混合物A为1:5:0.9；球磨后在100℃烘干20h；
步骤2：制备陶瓷材料
(3)将经球磨烘干后的混合物A压块，煅烧，压块A煅烧温度1200℃下保温2.5小时；将煅烧的压块A二次研磨，烘干，得到陶瓷材料。
步骤3：制备陶瓷样品
(4)将烘干料研磨过120目筛，得到可制作过筛料。
(5)将得到过筛料在200MPa的压强下，通过冷等静压压制成试样，保压3分钟，再在190MPa下保压5分钟，最后再在40MPa/min卸压；并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于在管式炉中分别在空气、氮气、氩气和氢气中，其烧结制度为：首先以300min升温至1510℃，保温120min；接着以200min降温至500℃最后随炉冷却至室温。
(6)打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于箱式炉中，在600℃的温度下烧结20min制得SrTiO3陶瓷样品。
以上具体实施方式仅是对于本发明的进一步的阐述，而不是对本发明的进一步的限制。另外，以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷，其特征在于：其配方化学计量式为Sr1-xErxTiO3，x = 0.002，0.006，0.008， 0.010，0.012或0.014；
其制备方法如下：
步骤1：制备纯相Sr1-xErxTiO3粉体；
按照化学式Sr1-xErxTiO3，x =0.002，0.006，0.008， 0.010，0.012或0.014，将SrCO3、TiO2和Er2O3混合球磨后烘干得混合物A；
步骤2：制备陶瓷材料
将经球磨烘干后的混合物A压块后于1100-1200℃煅烧2.5~3小时后粉碎研磨120目筛，制成Sr1-xErxTiO3粉体；
步骤3：制备陶瓷样品
将Sr1-xErxTiO3粉体压制成试样，并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于管式炉中在氢气下于1490~1510℃进行烧结，烧结完成后冷却至室温后打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极浆料的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于管式炉中，在580~600℃的温度下烧结10~20min制得Sr1-xErxTiO3，其中x = 0.002, 0.006,0.008, 0.010, 0.012, 0.014陶瓷样品。
2.一种通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：制备纯相Sr1-xErxTiO3粉体；
按照化学式Sr1-xErxTiO3，x =0.002，0.006，0.008， 0.010，0.012或0.014，将SrCO3、TiO2和Er2O3混合球磨后烘干得混合物A；
步骤2：制备陶瓷材料
将经球磨烘干后的混合物A压块后于1100-1200℃煅烧2.5~3小时后粉碎研磨120目筛，制成Sr1-xErxTiO3粉体；
步骤3：制备陶瓷样品
将Sr1-xErxTiO3粉体压制成试样，并将制好的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于管式炉中在氢气下于1490~1510℃进行烧结，烧结完成后冷却至室温后打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极浆料的试样置于以氧化锆为垫板的氧化铝匣钵内，然后将氧化铝匣钵置于管式炉中，在580~600℃的温度下烧结10~20min制得Sr1-xErxTiO3，其中x = 0.002, 0.006,0.008, 0.010, 0.012, 0.014陶瓷样品。
3.根据权利要求2所述的通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤1的球磨的料：球：水的质量为：1：5：（0.8~1）；球磨后在85~100℃烘干20~24h。
4.根据权利要求2所述的通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤2的粉碎研磨的料：球：水的质量比为1:（4.8~5.2）:（0.8~1.2）。
5.根据权利要求2所述的通过氧空位调控具有超低损耗和高绝缘电阻率的巨介电陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤3的烧结制度为：首先自室温以300min升温至1490～1510℃，保温120 min；接着以200min降温至500℃最后随炉冷却至室温。
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