阅读说明：本技术 钡基钙钛矿陶瓷材料、其制备方法及应用 (Barium-based perovskite ceramic material, and preparation method and application thereof ) 是由 孙正 杨涛 刘文旭 李秋洋 畅丹阳 杜祖滟 谢拾一 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：一种钡基钙钛矿陶瓷材料、其制备方法及应用,该制备方法包括将原料BaCO<Sub>3</Sub>、TiO<Sub>2</Sub>、ZrO<Sub>2</Sub>、GeO<Sub>2</Sub>按Ba(Zr<Sub>0.2</Sub>Ti<Sub>0.8-x</Sub>Ge<Sub>x</Sub>)O<Sub>3</Sub>的化学计量式摩尔比进行配料并预处理后预烧,其中x＝0.001至0.00175；将预烧后的原料与聚乙烯醇混合后研磨、烘干、过筛；将过筛后的物料制成坯体；将坯体烧结,即得到所述钡基钙钛矿陶瓷材料。本发明在保持Ba(Zr<Sub>0.2</Sub>Ti<Sub>0.8</Sub>)O<Sub>3</Sub>介质材料高介电常数的基础上,进一步降低材料的介电损耗,适应MLCC逐渐向小型化、低能耗方向发展的需要。(A barium-based perovskite ceramic material, a preparation method and applications thereof, wherein the preparation method comprises the step of using a raw material BaCO 3 、TiO 2 、ZrO 2 、GeO 2 According to Ba (Zr) 0.2 Ti 0.8‑x Ge x )O 3 The stoichiometric formula of (1) is prepared, pretreated and then presintered, wherein x is 0.001 to 0.00175; mixing the pre-sintered raw materials with polyvinyl alcohol, grinding, drying and sieving; preparing the sieved material into a green body; and sintering the blank to obtain the barium-based perovskite ceramic material. The invention keeps Ba (Zr) 0.2 Ti 0.8 )O 3 On the basis of high dielectric constant of the dielectric material, the dielectric loss of the material is further reduced, and the requirement that the MLCC gradually develops towards miniaturization and low energy consumption is met.)

钡基钙钛矿陶瓷材料、其制备方法及应用

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种钡基钙钛矿陶瓷材料、其制备方法及应用。

背景技术

随着电子装备逐渐向小型化、信息化和高智能化方向的发展，对电子元器件也提出了微型化、集成化、低能耗的要求。多层片式陶瓷电容器(Multi-LayerCeramicCapacitor，MLCC)是一种适用于SMT(表面贴装技术)(Surface Mount Technology)表面贴装的片式电容器，在互联网、移动通讯设备、计算机、数码相机、智能手机、新一代数字化家电产品等电子产品中具有广泛的应用，因此，减小MLCC的尺寸、降低MLCC的功耗，对实现电子器件和电子设备的小型化、低能耗至关重要。

锆钛酸钡(Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃)是一类具有高介电常数和适中介电损耗的陶瓷材料，在MLCC中具有广泛的应用前景，为了适应MLCC小型化、低损耗的发展趋势，需要在保持其高介电常数的基础上进一步降低其介电损耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种钡基钙钛矿陶瓷材料、其制备方法及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种钡基钙钛矿陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料BaCO₃、TiO₂、ZrO₂、GeO₂按Ba(Zr_0.2Ti_0.8-xGe_x)O₃的化学计量式摩尔比进行配料并预处理后预烧，其中x＝0.001至0.00175；

(2)将预烧后的原料与聚乙烯醇混合后研磨、烘干、过筛；

(3)将步骤(2)过筛后的物料制成坯体；

(4)将坯体烧结，即得到所述钡基钙钛矿陶瓷材料。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种钡基钙钛矿陶瓷材料，采用如上所述的制备方法获得。

作为本发明的又一个方面，还提供了一种如上所述的钡基钙钛矿陶瓷材料在多层片式陶瓷电容器领域中的应用。

基于上述技术方案可知，本发明的钡基钙钛矿陶瓷材料、其制备方法及应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1、本发明在保持Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃介质材料高介电常数的基础上，进一步降低材料的介电损耗，适应MLCC逐渐向小型化、低能耗方向发展的需要；

2、本发明通过固相法制备了MLCC用高介电常数低介电损耗陶瓷材料Ba(Zr_0.2Ti_0.8-xGe_x)O₃(x＝0.001～0.00175)。在1kHz频率下测试，其室温介电常数ε_r为9357～11220，介电损耗为0.001～0.003。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种钡基钙钛矿陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料BaCO₃、TiO₂、ZrO₂、GeO₂按Ba(Zr_0.2Ti_0.8-xGe_x)O₃的化学计量式摩尔比进行配料并预处理后预烧，其中x＝0.001至0.00175；

(2)将预烧后的原料与聚乙烯醇混合后研磨、烘干、过筛；

(3)将步骤(2)过筛后的物料制成坯体；

(4)将坯体烧结，即得到所述钡基钙钛矿陶瓷材料。

其中，步骤(1)中所述预烧步骤包括将原料放入中温炉中，在1000至1100℃下预烧2至6小时。

其中，步骤(1)中所述预处理步骤包括：

将原料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球后，球磨4至8小时，将球磨后的原料于100至120℃烘干后过40至60目筛，即得到预处理后的原料。

其中，步骤(2)中所述聚乙烯醇与原料的总质量比为0.5wt％至1wt％。

其中，步骤(2)中所述研磨时间为12至14小时；

步骤(2)中所述烘干温度为100至120℃。

其中，步骤(2)中所述过筛步骤中筛子的目数为80至100目。

其中，步骤(3)中所述坯体的直径为10至15mm、厚度为0.8至1mm；

步骤(3)中所述坯体的制备方法包括用粉末压片机以2至6MPa的压力将步骤(2)过筛后的物料压制成型为坯体。

其中，步骤(4)中所述烧结温度为1300℃至1350℃，烧结时间为4小时。

本发明还公开了一种钡基钙钛矿陶瓷材料，采用如上所述的制备方法获得；

其中，所述钡基钙钛矿陶瓷材料在1kHz频率下测试，其室温介电常数为9357～11220，介电损耗为0.001～0.003。

本发明还公开了如上所述的钡基钙钛矿陶瓷材料在多层片式陶瓷电容器领域中的应用。

在一个示例性实施例中，本发明的高介电常数低介电损耗钡基钙钛矿陶瓷材料，其化学式为：Ba(Zr_0.2Ti_0.8-xGe_x)O₃，其中x＝0.001～0.00175；

该陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将BaCO₃、TiO₂、ZrO₂、GeO₂按化学计量式Ba(Zr_0.2Ti_0.8-xGe_x)O₃(其中x＝0.001～0.00175)进行配料，将粉料原料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球后，球磨4～8小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；

(3)将步骤(2)烘干、过筛后的粉料原料放入中温炉中，于1000～1100℃预烧，保温2～6小时；

(4)将步骤(3)预烧后的粉料原料与PVA(聚乙烯醇)进行混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨10～14小时，烘干后过80目筛，再用粉末压片机以2～6MPa的压力压制成型为坯体；其中，加入所述PVA的质量为原料总质量的0.5％

(5)将步骤(4)的生坯坯体于1300℃～1325℃烧结，保温2～6小时，制成MLCC用高介电常数低介电损耗陶瓷材料。

其中，所述步骤(4)的生坯坯体直径为10mm，厚度为1mm。

其中所述步骤(4)的坯体成型压力为2～6Mpa、例如为4Mpa。

其中所述步骤(5)优选的烧结温度为1325℃。

其中所述步骤(4)x＝0.0015。

以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

下述实施例中使用的化学药品和原料均为市售所得或通过公知的制备方法自制得到。

以下实施例中以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、ZrO₂(分析纯)、GeO₂(优级纯)为初始原料，通过固相法制备MLCC用介质陶瓷材料。

实施例1

具体实施方案如下：

(1)将BaCO₃、TiO₂、ZrO₂、GeO₂按化学计量式Ba(Zr_0.2Ti_0.8-xGe_x)O₃(x＝0.001～0.00175)进行配料，将混合粉料原料放入聚酯罐中，加入200ml去离子水，加入150g的锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为400转/分；

(2)将球磨后的原料分别置于干燥箱中，于100℃烘干，而后分别过40目筛；

(3)将烘干过筛后的粉料原料放入中温炉，于1000～1100℃预烧，保温4小时；

(4)将步骤(3)预烧后的粉料原料外加质量比为总原料0.5wt％的PVA后进行混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨12小时后，于100℃烘干，而后过80目筛，再用粉末压片机以4MPa的压力压制成型为坯体；所述坯体的直径为10mm，厚度为1mm。

(5)将坯体于1300℃～1350℃烧结，保温4小时，制成高介电常数低介电损耗Ba(Zr_0.2Ti_0.8-xGe_x)O₃材料。

通过TH2828S测试所得制品的介电性能。

实施例2-12

实施例2-12具体方法步骤与实施例1大体相同，相关主要工艺参数及其介电性能详见表1。

表1

由表1可知，本发明制备的钡基钙钛矿陶瓷材料的具有较高的介电常数和较低的介电损耗，这是由于本发明所制备的钡基钙钛矿陶瓷材料，Ge⁴⁺离子和Zr⁴⁺/Ti⁴⁺，电价相同，离子半径相近，因此，不会有多余的电子和空穴产生，导致介电损耗降低。另外，少量的Ge⁴⁺离子取代又保证了材料的极化机制不受影响，导致其介电常数基本不变。综上所述，采用本方法制备的钡基钙钛矿陶瓷材料，能维持原有材料体系高介电常数的同时，大幅降低介电损耗(2个数量级)。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。