本發明涉及電子材料領域，具體涉及一種高擊穿電壓陶瓷介電材料及其制備方法。
背景技術：
：介電材料（dielectricmaterial）又稱電介質，是可用于控制存儲電荷及電能的電的絕緣材料，在現代電子及電力系統中具有重要的戰略地位。介電材料主要包括電容器介電材料和微波介電材料兩大體系。其中用作電容器介質的介電材料，要求材料的電阻率高，介電常量大，在整個介電材料中占有很大比重。介電材料也可分為有機和無機兩大類，種類繁多。人們對介電材料的研究最初是從無機壓電陶瓷材料開始的，無機壓電陶瓷材料具有高介電常數和高熱電穩定性，已經被人們廣泛的應用于電子器件或電子產品中。但隨著信息和微電子工業的飛速發展，電子產業在向著半導體器件的微型化、集成化、智能化、高頻化和平面化的轉變，電子領域對電子器件的高性能化、微型化、穩定化和多狀態轉變的需求更加迫切。同樣，在介電材料領域，越來越多的電子元件（如介質基板、介質天線、嵌入式薄膜電容等）對介電材料介電性能的要求進一步提升，因此，研發更高性能、更穩定的新型介電陶瓷成為熱點。高介電氧化物材料是電容性器件實現大容量化和尺寸微型化的重要基礎，因此受到越來越多的關注。傳統上，相對介電常數大于1000的高介電氧化物材料大體上可分為兩類。其中一類是由于內部阻擋層電容（IBLC）效應引起的有效介電常數很大的材料，該類材料的內部微觀組織結構中的晶粒具有較低的電阻率、呈現半導電體的性質，而晶界具有較高的電阻率、呈現絕緣體的性質，導致宏觀上表現出巨大的相對介電常數。但是，當外加電壓施加于這類材料時，由于其微觀組織結構所具有的特殊電學性質，外加電壓值的絕大部分降落在晶界層，而晶界層的厚度通常很薄，因而造成局部的電場強度很高，非常容易擊穿。因此，IBLC效應緣起的高介電氧化物材料通常都存在著耐電場強度不高的嚴重問題。技術實現要素：本發明的目的在于克服現今由于內部阻擋層電容（IBLC）效應引起的有效介電常數很大的陶瓷介電材料存在的耐電場強度不高，即擊穿電壓低的缺陷，提供一種具有高擊穿電壓的陶瓷介電材料及其制備方法；本發明在通過對CaCu3Ti4012晶粒進行化學包覆-共燒結處理，形成了晶界層厚度更厚的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，從而提升晶界層被擊穿的電場強度，即提高了擊穿電壓，使該陶瓷介電材料適用范圍更大，應用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，包括以下步驟：1、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在950-1050℃的溫度下進行預燒結，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、包覆：將CaCu3Ti4012的前驅體顆粒均勻分散在丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入氫氧化鋇溶液和碳酸氫鈉溶液，反應包覆完成后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒；3、燒結：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1450-1500℃的溫度下燒結30-60min后，降溫至1200-1300℃，燒結2-10h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，先利用在預燒結條件下，形成的CaCu3Ti4012晶粒存在晶粒間空隙大，密度小的特點，通過球磨粉碎形成單晶粒；再利用液相化學包覆的方法將碳酸鋇沉淀包覆在晶粒表面；最后通過控制燒結的溫度，先將碳酸鋇分解，再與CaCu3Ti4012晶粒共燒結形成具有更厚晶界層的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，由該晶粒組成的陶瓷介電材料不僅保持原有CaCu3Ti4012材料的高介電常數，還具有了更高的擊穿電壓；本發明方法簡單、穩定、可靠，適合該陶瓷介電材料的大規模、工業化生產。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中步驟1所述的預燒結能形成晶粒間空隙大，密度小的CaCu3Ti4012晶粒，有利于粉碎過程中晶粒的分散，得到單晶粒；優選的，所述預燒結時間為6-20h，預燒結時間過長，能源消耗大，得到的晶粒間空隙變小，密度增加，不利于后期的進一步處理，預燒結時間過短，反應時間不足，CaCu3Ti4012晶粒含量太低；最優選的，所述預燒結時間為8-10h。其中，優選的，所述的預燒結溫度為1000℃；該溫度條件下，燒結得到的CaCu3Ti4012晶粒大小最適中，性能最穩定。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優選的，步驟1所述的CaCu3Ti4012的前驅體顆粒粒徑在3-6μm；由于在步驟1中預燒結條件下得到的CaCu3Ti4012晶粒粒徑在3-5μm之間，所以，將其粉碎研磨后的粒徑控制在該范圍內，得到的顆粒中單晶粒所占的比重更大。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優選的，步驟2所述的氫氧化鋇溶液濃度為0.01-0.5mol/L；濃度過大，反應速度過快，晶粒表面沉積的碳酸鋇厚度不均勻，影響材料的電化學性能。其中，優選的，所述氫氧化鋇溶液中Ba與CaCu3Ti4012的物質的量之比為1-3︰10；Ba的用量與晶粒表面覆蓋的碳酸鋇的厚度有關，厚度越大，擊穿電壓越大，但介電常數迅速下降；最優選的，所述氫氧化鋇溶液中Ba與CaCu3Ti4012的物質的量之比為2︰10。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優選的，步驟2所述的碳酸氫鈉溶液液濃度為0.01-0.5mol/L；濃度過大，反應速度過快，晶粒表面沉積的碳酸鋇厚度不均勻，影響材料的電化學性能；優選的，所述氫氧化鋇與碳酸氫鈉的物質的量之比為1︰1。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優選的，步驟2中所述的反應包覆時間為1-3h；反應時間太短，包覆不完全，厚度不均勻，反應時間過長，晶粒團聚，不利于后期的燒結。上述一種高擊穿電壓陶瓷介電材料的制備方法，其中，優選的，步驟3中將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1480℃的溫度下燒結40min后，降溫至1250℃，燒結5h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料；采用該條件得到的介電材料晶粒大小更均勻，晶界厚度均勻，晶粒結構穩定，其介電常數高，擊穿電壓大。為了實現上述發明目的，進一步的，本發明提供了一種高擊穿電壓陶瓷介電材料，該材料是通過上述制備方法制備得到的，該材料具有介電常數高，擊穿電壓大的優點，該陶瓷介電材料適用范圍更大，應用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。與現有技術相比，本發明的有益效果：1、本發明方法通過對燒結溫度和制備過程的控制，通過液相化學包覆和再燒結形成了晶粒晶界層厚度更大的BaO-CaCu3Ti4012晶粒，其擊穿電壓得到顯著提高。2、本發明方法制備得到的陶瓷介電材料具有高介電常數、高擊穿電壓的優點，其適用范圍更大，應用更廣泛，為電子器件的微型化提供材料保障。3、本發明方法簡單、穩定、可靠，適合高擊穿電壓陶瓷介電材料的大規模、工業化生產。具體實施方式下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。實施例11、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在1000℃的溫度下進行預燒結8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入200ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應包覆2h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒；3、燒結：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1480℃的溫度下燒結40min后，降溫至1250℃，燒結5h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。實施例21、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在950℃的溫度下進行預燒結10h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入100ml、0.03mol/L的氫氧化鋇溶液和100ml、0.03mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應包覆1.5h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒；3、燒結：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1500℃的溫度下燒結30min后，降溫至1300℃，燒結2h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。實施例31、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在1050℃的溫度下進行預燒結6h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、包覆：將0.015molCaCu3Ti4012的前驅體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入10ml、0.5mol/L的氫氧化鋇溶液和10ml、0.5mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應包覆1h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒；3、燒結：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1500℃的溫度下燒結60min后，降溫至1300℃，燒結2h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。實施例41、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在1000℃的溫度下進行預燒結20h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入100ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和100ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應包覆3h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒；3、燒結：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1500℃的溫度下燒結50min后，降溫至1250℃，燒結8h，冷卻得到高擊穿電壓陶瓷介電材料。對比例11、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在1000℃的溫度下進行預燒結8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、燒結：將CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1480℃的溫度下燒結40min后，降溫至1250℃，燒結5h，冷卻得到陶瓷介電材料。對比例21、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在1100℃的溫度下進行預燒結8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入200ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應包覆2h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒；3、燒結：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1480℃的溫度下燒結40min后，降溫至1250℃，燒結5h，冷卻得到陶瓷介電材料。對比例31、前驅體制備：根據化學計量比將碳酸鈣、氧化銅和二氧化鈦進行混合球磨后，在1000℃的溫度下進行預燒結8h，冷卻，球磨粉碎后得到CaCu3Ti4012的前驅體顆粒；2、包覆：將0.01molCaCu3Ti4012的前驅體顆粒均勻分散在500ml的丙三醇溶液中形成混合懸浮液，在混合懸浮液中加入200ml、0.01mol/L的氫氧化鋇溶液和200ml、0.01mol/L的碳酸氫鈉溶液，反應包覆2h后，過濾，烘干得包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒；3、燒結：將包覆有碳酸鋇的CaCu3Ti4012前驅體顆粒在1250℃的溫度下燒結40min后，升溫至1450℃，燒結5h，冷卻得到陶瓷介電材料。實驗組市售CaCu3Ti4012陶瓷介電材料。將上述實施例1-4和對比例1-3中所制備得到的陶瓷介電材料和實驗組的介電材料進行性能檢測（25℃，10KHz），記錄實驗結果，記錄數據如下：編號介電常數擊穿電壓（KV/mm）介電損耗（%）實施例19814.70.05實施例29614.40.05實施例39513.20.05實施例49613.80.05對比例11027.60.06對比例2989.60.06對比例31088.30.05實驗組1047.50.06對上述實驗數據分析可知，實施例1-4中采用本發明技術方案制備得到的陶瓷介電材料與現有的CaCu3Ti4012陶瓷介電材料相比，介電常數稍有降低，而介電損耗減小，擊穿電壓顯著增大；同時，對比所有實施例1-4和對比例1-3可知，陶瓷介電材料的制備過程中，前驅體的制備溫度和最后的燒結時不同溫度的燒結順序均對介電材料的擊穿電壓有顯著影響。當前第1頁1 2 3