一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料制备方法，具体步骤为：在空气气氛下，以CaCO3、CuO、TiO2为原料，以Nd2O3和Nb2O5作为添加剂，采用固相反应工艺，通过混料、预烧、成型、排胶、烧结工艺流程，获得巨介电常数、低介电损耗陶瓷材料Ca1‑

【技术实现步骤摘要】
一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及化工
，具体涉及一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]CaCu3Ti4O
12
(简称CCTO)陶瓷是一种具有优异介电性能的新型材料，其介电常数高达104以上，且在一定温度及频率范围(即100K
‑
600K，102Hz
‑
105Hz)内，材料的晶体结构和介电常数几乎不发生变化，这些优异的介电特性使得它成为了近些年来凝聚态物理领域研究的热点。但是较高的介电损耗一直制约着它的应用，因此不断优化CCTO的性能，保证CCTO陶瓷巨介电常数的同时合理降低介电损耗，就有希望在将来的高介电容器、高密度信息储存等高新
取代铁电体材料。
[0003]掺杂是改变CaCu3Ti4O
12
材料介电性能的有效方法。Chiodelli等人研究了Co
2+
/Co
3+
掺杂对CaCu3Ti4O
12
材料性能的影响。发现Co掺杂可以显著地提高材料的相对介电常数。当掺杂5％Co后，介电常数可以达到147000，相比于标准CaCu3Ti4O
12
材料提高了15倍。但其样品的介电损耗并未有良好改善(Chiodelli G,Massarotti V,Capsoni D,et al.Electric and dielectric properties of pure and doped CaCu3Ti4O
12 perovskite materials[J].Solid state communications,2004,132(3
‑
4):241
‑
246.)泰国孔敬大学的Thongbai及其团队在CCTO样品中的Ca位掺入Ba离子，把损耗降低到了0.02左右(10kHz)，但其样品Ca
0.975
Ba
0.025
Ti4O
12
的介电常数与标准CCTO相比有大幅度下降(Thongbai P,Vangchangyia S,Swatsitang E,et al.Non
‑
Ohmic and dielectric properties of Ba
‑
doped CaCu3Ti4O
12 ceramics[J],Journal of Materials Science:Materials in Electronics,2012,24(3):875
‑
883)。
[0004]除了以上提到的几种金属原子以外，近年来，众多其他的原子掺杂的CaCu3Ti4O
12
材料的介电性能也得到了广泛地研究。比如：Zn离子(Boonlakhorn J,Kidkhunthod P,Putasaeng B,et al.Significantly improved non
‑
Ohmic and giant dielectric properties of CaCu3‑
x
Zn
x
Ti4O
12 ceramics by enhancing grain boundary response[J].Ceramics International,2017,43(2):2705
‑
2711.)；Bi离子(Gautam P,Khare A,Sharma S,et al.Characterization of Bi
2/3
Cu3Ti4O
12 ceramics synthesized by semi
‑
wet route[J].Progress in Natural Science:Materials International,2016,26(6):567
‑
571.)；Na离子(Hao W,Wu H,Xu P,et al.Influence of Sb
‑
doping on dielectric properties of NaCu3Ti3TaO
12 ceramics and relevant mechanism(s)[J].Ceramics International,2017,43(4):3631
‑
3638.)等，这些改进方法结果都是在降低CCTO陶瓷样品介电损耗的同时牺牲了一部分介电常数来实现的。
[0005]以上实验在抑制介电损耗的同时导致介电常数大幅减小，或由于工艺过于复杂而难以实现工业化大生产。本专利技术通过传统的固相法制备的CCTO陶瓷，不仅保持了其巨介电常数，同时显著降低了介电损耗，且制备工艺简单，易于大规模生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料，以解决大惯量电液位置伺服系统在快速运行时易产生大幅超调以及稳态震荡的问题，从而实现在对大惯量电液伺服系统的快速、高精度位置跟踪。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0008]一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料，由CaCu3Ti4O
12
、Nd2O3和Nb2O5组成，化学组成为Ca1‑
x
Nd
x
Cu3Ti4‑
y
Nb
y
O
12
，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.08。
[0009]一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料制备方法，具体步骤为：在空气气氛下，以CaCO3、CuO、TiO2为原料，以Nd2O3和Nb2O5作为添加剂，采用固相反应工艺，通过混料、预烧、成型、排胶、烧结工艺流程，获得巨介电常数、低介电损耗陶瓷材料Ca1‑
x
Nd
x
Cu3Ti4‑
y
Nb
y
O1。
[0010]作为本专利技术的进一步技术方案：所述升温条件为以200℃/h的升温速率从室温升至950℃后保温15h。
[0011]作为本专利技术的进一步技术方案：所述烧结条件为以200℃/h升温速率从室温升至1000℃，以600℃/h的升温速率升至1100～1120℃，保温20h，然后随炉冷却。
[0012]作为本专利技术的进一步技术方案：所述混料的工艺流程为：将纯度为99.0％的CaCO3粉末、CuO粉末、TiO2粉末、Nd2O3粉末、Nb2O5粉末按一定的摩尔比混合，原料∶玛瑙球∶无水乙醇＝1∶1～3∶0.8～1.2，行星球磨机转速保持在360r/min，球磨时间12h。将球磨后的浆料在烘箱中70℃烘干。
[0013]作为本专利技术的进一步技术方案：所述预烧的工艺流程为：将烘干后的粉料置于烧结炉内，以200℃/h的升温速率从室温(20℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料，其特征在于，由CaCu3Ti4O
12
、Nd2O3和Nb2O5组成，化学组成为Ca1‑
x
Nd
x
Cu3Ti4‑
y
Nb
y
O
12
，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.08。2.一种巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料制备方法，其特征在于，具体步骤为：在空气气氛下，以CaCO3、CuO、TiO2为原料，以Nd2O3和Nb2O5作为添加剂，采用固相反应工艺，通过混料、预烧、成型、排胶、烧结工艺流程，获得巨介电常数、低介电损耗陶瓷材料Ca1‑
x
Nd
x
Cu3Ti4‑
y
Nb
y
O1。3.根据权利要求2所述的巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料制备方法，其特征在于，所述升温条件为以200℃/h的升温速率从室温升至950℃后保温15h。4.根据权利要求2所述的巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料制备方法，其特征在于，所述烧结条件为以200℃/h升温速率从室温升至1000℃，以600℃/h的升温速率升至1100～1120℃，保温20h，然后随炉冷却。5.根据权利要求2所述的巨介电常数、低介电损耗CCTO陶瓷材料制备方法，其特征在于，所述混料的工艺流程为：将纯度为99.0％的Ca...

【专利技术属性】
技术研发人员：成鹏飞，党子妍，王丹，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：