本發明涉及電子陶瓷領域，具體涉及一種ba(co0.5nb0.5)o3巨介電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術：

微電子信息技術的快速發展對電子元器件的微型化、集成化提出了更高的要求，作為電子元器件的重要組分部分，電介質陶瓷的研究受到人們越來越多的關注。隨著信息技術領域尤其是電子和微電子行業的發展以及極端環境下的工作需要，具有良好的溫度和頻率穩定性的巨介電常數、低介電損耗的電介質材料有著廣泛的應用前景。

具有鈣鈦礦結構的陶瓷材料一直因其巨大的介電常數和和很低的介電損耗而備受關注，并且鈣鈦礦結構陶瓷材料能夠在很寬的溫度和頻率范圍內保持穩定性。近年來，電子元器件日新月異，小型化、高效能和低功耗成為重要發展方向，并且對器件的各種聲光電熱磁等性能有了更多細致的要求。這也要求去研究更多元素的物理化學性能，開發出更多的新材料種類來滿足不同層次的需求。

位于第五副族的三種元素釩、鈮、鉭均為非鐵磁性元素，并且已經在生產和生活中得到廣泛運用，研究并進一步發展這些元素的應用具有重要的經濟效益。例如，用鉭電容器用在軍事國防等消費領域，但鉭元素資源緊缺，因此鉭元素成了一種戰略性資源。鈮元素的堿金屬化合物，例如li2nbo3(鈮酸鋰)具有鈣鈦礦型偏三方晶體結構，而鈷酸鋰是一種常見的電極材料。研究已經表明nb與co共摻雜可以形成復合鈣鈦礦基結構，并且由于兩者的最外層電子數不同，可以在晶體內部形成缺陷偶極子，同時釋放出離域電子。因此嘗試用碳酸鋇、五氧化二鈮，三氧化二鈷去合成復合鈣鈦礦基陶瓷材料，化學式中co³⁺、nb⁵⁺，通過施主與受主共摻雜作用，形成缺陷偶極子，而鋇離子與二者有著相近的原子半徑，且是常見的制備巨介電陶瓷體原料。目前關于ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷制備方法的報告還很少見，作為一種具有潛在的廣泛應用價值的材料，有必要探索一種合適并且利于推廣的制備工藝，以更好的研究ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷的結構、性能。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的以上問題，提供一種巨介電陶瓷材料及其制備方法，本發明獲得的ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷是典型的nb基復合鈣鈦礦結構材料之一，并且測得其有很高的介電常數以及良好的溫度和頻率穩定性。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種巨介電陶瓷材料，巨介電陶瓷材料按照化學反應式4baco3+nb2o5+co2o3＝4ba(co0.5nb0.5)o3+4co2制得，

其中，碳酸鋇、五氧化二鈮、三氧化二鈷的摩爾比為4:1:1，每種原料摩爾比含量偏差范圍為0-5％。

進一步包括，所述碳酸鋇、五氧化二鈮、三氧化二鈷均為分析純或高純原料。

一種巨介電陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)以碳酸鋇、五氧化二鈮和三氧化二鈷為原料，按通式ba(co0.5nb0.5)o3的化學計量比進行配料，獲得原料混合物；

(2)將步驟(1)配制好的原料混合物投入至球磨機中，加入氧化鋯球和無水乙醇為球磨介質，在球磨機中混合均勻，然后將混合后的漿料烘干，獲得粉體；

(3)將步驟(2)中獲得的粉體在單向壓力200～400mpa下壓制成型，獲得塊體；

(4)將步驟(3)成型的塊體，置于高壓燒結爐中進行燒結，降到室溫后，撤去高壓，即得到ba(co0.5nb0.5)o3巨介電陶瓷體。

進一步包括，所述氧化鋯球質量為(1)中原料混合物質量的4～8倍，所述無水乙醇質量為原料混合物質量的0.5～2倍。

進一步包括，步驟(2)中的球磨機為行星式球磨機，原料混合物在行星式球磨機中球磨混合8～24小時，轉速為200～450轉/分鐘。

進一步包括，步驟(2)中將球磨混合后的漿料取出，在80℃～140℃溫度下烘干，獲得粉體。

進一步包括，步驟(4)中高溫燒結的條件為：先加高壓3～8gpa，以20～40℃/min的升溫速率升至1000～1200℃，保溫30～120分鐘進行燒結，然后以20～50℃/min的速度降到室溫，最后撤去高壓。

本發明的有益效果是:

1.本發明提供了一種ba(co0.5nb0.5)o3巨介電陶瓷材料的方法，并且在超高壓下，有利于ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體保持穩定。本發明所涉及的化合物在整個高溫合成過程中均保持在超高壓狀態，抑制了由于晶格應變等導致的第二相的出現，從而可以得到純的ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體。

2.本發明獲得的ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷是典型的nb基復合鈣鈦礦結構材料之一，并且測得其有很高的介電常數以及良好的溫度和頻率穩定性。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發明的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細給出。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例1加高壓和對比例1不加高壓條件下制備的ba(co0.5nb0.5)o3粉體x射線衍射圖譜。

圖2為本發明實施例1制備的ba(co0.5nb0.5)o3粉體的掃描電子顯微鏡圖像。

圖3為本發明對比例1在不加高壓的條件下制備的ba(co0.5nb0.5)o3粉體的掃描電子顯微鏡圖像。

圖4為本發明對比例2制備的ba(co0.5nb0.5)o3粉體的掃描電子顯微鏡圖像。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

以下實施例中的巨介電陶瓷材料按照化學反應式4baco3+nb2o5+co2o3＝4ba(co0.5nb0.5)o3+4co2制得，

其中，碳酸鋇、五氧化二鈮、三氧化二鈷的摩爾比為4:1:1，每種原料摩爾比含量偏差范圍為0-5％。

實施例1

實施例1中制備ba(co0.5nb0.5)o3巨介電陶瓷材料，具體制備步驟為：

(1)以碳酸鋇、三氧化二鈷和五氧化二鈮為原料，按通式ba(co0.5nb0.5)o3化學計量比進行配料，碳酸鋇、五氧化二鈮、三氧化二鈷的摩爾比為4:1:1。

(2)將步驟(1)配制好的原料放到球磨機中，加入氧化鋯球和無水乙醇為球磨介質，所加的氧化鋯球質量為原料質量的4倍，所加的無水乙醇質量為原料質量的0.5倍，在行星式球磨機中球磨混合8小時，轉速為450轉/分鐘，將混合后的漿料取出在140℃烘干。

(3)將步驟(2)烘干的粉體在單向壓力200mpa下壓制成型。

(4)將步驟(3)成型的塊體，置于高壓燒結爐中，先加高壓3gpa，以20℃/min的升溫速率升至1000℃，保溫60分鐘進行燒結，然后以20℃/min降到室溫，最后撤去高壓，即得到復合鈣鈦礦氧化物ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體。

實施例2

實施例2中制備ba(co0.5nb0.5)o3巨介電陶瓷材料，具體制備步驟為：

(1)以碳酸鋇、三氧化二鈷和五氧化二鈮為原料，按通式ba(co0.5nb0.5)o3的化學計量比進行配料，碳酸鋇、五氧化二鈮、三氧化二鈷的摩爾比為4:1.025:1。

(2)將步驟(1)配制好的原料放到球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇為球磨介質，所加的氧化鋯球質量為原料質量的6倍，所加的無水乙醇質量為原料質量的1倍，在行星式球磨機中球磨混合12小時，轉速為350轉/分鐘，將混合后的漿料取出在100℃烘干。

(3)將步驟(2)烘干的粉體在單向壓力300mpa下壓制成型。

(4)將步驟(3)成型的塊體，置于高壓燒結爐中，先加高壓5gpa，以30℃/min的升溫速率升至1200℃，保溫120分鐘進行燒結，然后以30℃/min降到室溫，最后撤去高壓，即得到復合鈣鈦礦氧化物ba(co0.5nb0.5)o3。

實施例3

實施例3中制備ba(co0.5nb0.5)o3巨介電陶瓷材料，具體制備步驟為：

(1)以碳酸鋇、三氧化二鈷和五氧化二鈮為原料，按通式ba(co0.5nb0.5)o3的化學計量比進行配料，碳酸鋇、五氧化二鈮、三氧化二鈷的摩爾比為4:1:1.05。

(2)將步驟(1)配制好的原料放到球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇為球磨介質，所加的氧化鋯球質量為原料質量的8倍，所加的無水乙醇質量為原料質量的2倍，在行星式球磨機中球磨混合24小時，轉速為400轉/分鐘，將混合后的漿料取出在80℃烘干。

(3)將步驟(2)烘干的粉體在單向壓力400mpa下壓制成型。

(4)將步驟(3)成型的塊體，置于高壓燒結爐中，先加高壓8gpa，以40℃/min的升溫速率升至1000℃，保溫30分鐘進行燒結，然后以50℃/min降到室溫，最后撤去高壓，即得到ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體。

對比例1

對比例1以實施例1中方法步驟做對比，對比例1中不在高壓狀態下燒結，的具體方法步驟為：

(1)以碳酸鋇、三氧化二鈷和五氧化二鈮為原料，按通式ba(co0.5nb0.5)o3化學計量比進行配料。

(2)將步驟(1)配制好的原料放到球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇為球磨介質，所加的氧化鋯球質量為原料質量的4倍，所加的無水乙醇質量為原料質量的0.5倍，在行星式球磨機中球磨混合8小時，轉速為450轉/分鐘，將混合后的漿料取出在140℃烘干。

(3)將步驟(2)烘干的粉體在單向壓力200mpa下壓制成型。

(4)將步驟(3)成型的塊體，置于馬弗爐中，以20℃/min的升溫速率升至1000℃，保溫60分鐘進行燒結，然后以20℃/min降到室溫，最后撤去高壓，即得到復合鈣鈦礦氧化物ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體。

對比例2

對比例2以實施例1中方法步驟做對比，對比例2中在高壓狀態下燒結，但是巨介電陶瓷材料采用五氧化二鉭，三氧化二鈷，碳酸鋇為原料

的具體方法步驟為：

(1)以碳酸鋇、三氧化二鈷和五氧化二鉭為原料，按通式ba(co0.5nb0.5)o3化學計量比進行配料。

(2)將步驟(1)配制好的原料放到球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇為球磨介質，所加的氧化鋯球質量為原料質量的4倍，所加的無水乙醇質量為原料質量的0.5倍，在行星式球磨機中球磨混合8小時，轉速為450轉/分鐘，將混合后的漿料取出在140℃烘干。

(3)將步驟(2)烘干的粉體在單向壓力200mpa下壓制成型。

(4)將步驟(3)成型的塊體，置于高壓燒結爐中，先加高壓3gpa，以20℃/min的升溫速率升至1000℃，保溫60分鐘進行燒結，然后以20℃/min降到室溫，最后撤去高壓，即得到復合鈣鈦礦氧化物ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體。

實施例1-3，對比例1-2中使用的碳酸鋇、三氧化二鈷、五氧化二鈮、五氧化二鉭均為分析純。

性能對比

圖1中為在高壓條件下合成的ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷的x-射線衍射圖，為純鈣鈦礦結構。圖1中顯示在同樣的原料成分配比但是不加高壓的情況下，其反應條件相同時合成的陶瓷，則得不到純的鈣鈦礦結構。

1、高壓燒結條件對巨介電陶瓷材料理化性質的影響

作為對比，對比例1中在不加高壓的情況下使用固相合成法制備出ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷，通過圖2和圖3中sem圖片對比發現，在加高壓的條件下合成了更加致密的陶瓷，并且氣孔數量減少。

2、原料對巨介電陶瓷材料理化性質的影響

對比例2中以五氧化二鉭，三氧化二鈷，碳酸鋇為原料時，制備方法如實施例1中一致，通過圖2和圖4中對比，對比例2中所燒結出來的陶瓷體致密性和氣孔數量均高于ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體，性能較差。

并且，在對比例1和對比例2中制備的陶瓷體測得的數據分布成散點圖，且溫度升高到一定程度時，其介電常數急劇下降。對比例1和對比例2制備出的陶瓷性能不如本申請所得的陶瓷性能好，因此不適合推廣使用。

實施例1-3中，在超高壓下，有利于ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體保持穩定。本發明所涉及的化合物在整個高溫合成過程中均保持在超高壓狀態，抑制了由于晶格應變等導致的第二相的出現，從而可以得到純的ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷體。實施例中獲得的ba(co0.5nb0.5)o3陶瓷是典型的nb基復合鈣鈦礦結構材料之一，并且測得其有很高的介電常數以及良好的溫度和頻率穩定性。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。