镧取代钛酸铜铋钠巨介电陶瓷材料及其制备方法技术

一种镧取代钛酸铜铋钠巨介电陶瓷材料，用通式Na0.5[Bi(1-x)Lax]0.5Cu3Ti4O12表示的材料组成，式中0＜x≤0.20。其制备方法包括配料合成、预烧、造粒、压片、排胶、烧结、烧银工艺步骤，工艺步骤简单、重复性好、成品率高。本发明专利技术制备的镧取代钛酸铜铋钠巨介电陶瓷经测试，介电常数为1.02×104、最小的介电损耗为0.022；陶瓷在-50℃到150℃测试温度范围内都具有良好的温度稳定性(-4.00％～-0.69％)。本发明专利技术的巨介电陶瓷材料可用于陶瓷电容器、微波介质元件等实用型器件中，特别是在动态随机存储和高介电电容器中有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，具体涉及到用于动态随机存储(DRAM)和高介电电容器(MLCC)的介电陶瓷材料。
技术介绍
随着微电子技术市场对陶瓷电容器和微波介质元件等实用型器件微型化、集成化、智能化的需求，介电陶瓷的研究越来越受到人们广泛的重视，特别是在动态随机存储 (DRAM)和高介电电容器(MLCC)中有着广泛的应用前景。动态随机存储器(DRAM)是目前电子计算机中用量最大的半导体存储器，每个存储器DRAM是由一个晶体管和一个电容器组成。随着半导体硅芯片集成度的提高，存储器DRAM的存储密度也需要不断地提高。为了顺应存储器DRAM向高密度存储方向发展的要求，目前国内外科研工作者提出可能增大存储器DRAM的存储密度的途径采用介电常数更大的新材料作为DRAM电容器单元的存储电介质。因此开发一种新的高介电常数材料成为目前的研究热点。ACu3Ti4O12 (A为碱金属或稀土金属或空缺)这一族氧化物是在1967年被发现的， 人们对ACu3Ti4O12族氧化物的结构进行了精确的测定，并测量了其介电性能，直到2000年 Subramanian和他的工作小组率先发现了 CaCu3Ti4O12陶瓷材料具有巨介电性，并于2000年 3月3日首次在Journal of Solid State Chemistry上报道了这种材料不仅具有非常高的介电常数(常温、IkHz频率下达IO4)，而且具有较高的温度稳定性。CaCu3Ti4O12单晶和陶瓷样品都具有非常大的介电常数，比现有的多元氧化物的介电常数都要高许多，因此被认为是具有重要应用前景的介电材料之一，并引起了介电材料领域研究人员的极大关注。人们对这种材料的巨介电特性产生机理方面已经进行了较多的研究，在相结构的分析和表征、 理论模型的建立和讨论等各个方面做了很多的工作。研究发现CCTO材料在具有高介电常数的同时介电损耗也很高。很难广泛地应用于电容器、存储器等需要高ε介质的电子器件中。所以，寻找一种既具有高的介电常数和低的介电损耗，还具有好的温度稳定性的材料具有明显的实际意义。因此本工作旨在ACu3Ti4O12结构的氧化物中寻求和研究一种新的巨介电材料 Na0.5[Bi(1_x)LaJ0.5Cu3Ti4012,即通过研究 La 取代 Bi 对新的 Naa5[Bi(1_x)LaJa5Cu3Ti4O12 陶瓷材料的介电性能及温度稳定性的影响，从而寻找一个最佳组份和制备工艺，以期获得能够满足动态随机存储(DRAM)和高介电电容器(MLCC)等应用的巨介电材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题在于提供一种巨介电常数、低介电损耗及良好温度稳定性、实用性强的镧取代钛酸铜铋钠巨介电陶瓷材料。本专利技术所要解决的另一个技术问题在于提供一种镧取代钛酸铜铋钠巨介电陶瓷材料的制备方法。解决上述技术问题所采用的方案是用下述通式表示的材料组成Naa5[Bi(1_x)LaJtl.5Cu3Ti4012，式中 0 < χ 彡 0. 20。用通式Natl. JBi(^)LaJa5Cu3Ti4O12表示的材料，其中χ的取值最佳为0. 10。上述Natl. JBi(H)LaJa5Cu3Ti4O12巨介电陶瓷材料的制备方法包括下述步骤1、配料合成按通式NaQ.jBidyLa^.sCuJiWu 的化学计量分别称取原料 Na2C03、Bi203、La2O3> CuO、TiO2，混合均勻，将原料混合物装入尼龙罐中，加入分散剂无水乙醇和球磨介质玛瑙球，无水乙醇与原料混合物的质量比为1 1. 5 2. 5，用球磨400转/分钟球磨10小时， 分离玛瑙球，将原料混合物放入干燥箱内80°C干燥5 10小时，用研钵研细，过80目筛。2、预烧将过80目筛后的原料混合物置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，使其压实密度为 1. 5g/cm3，加盖，置于电阻炉内850 930°C预烧保温5 15小时，自然冷却至室温，出炉。3、造粒将预烧后的烧块用研钵研细，过160目筛，加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液和丙三醇，混合原料与质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液、丙三醇的质量比为1 0.05 0. 09 0.005 0.02，搅拌，自然干燥，用研钵研细，过120目筛，制成球状粉粒。4、压片将造粒后的球状粉粒放入直径为15mm的不锈钢模具内，用IOOMPa的压力将其压制成15mm的圆柱状坯件。5、排胶将圆柱状坯件放入电阻炉内，500°C保温1小时，排除有机物。6.烧结在铝坩埚盖上均勻铺Naa5Bia5Cu3Ti4O12陶瓷粉，在1100°C烧结7. 5小时，降到室温，重复烧结步骤三次，自然冷却到室温，表面用砂纸打磨平滑，将排胶坯件放入处理过的氧化铝坩埚盖内，扣上氧化铝坩埚进行密封，升温速度2 5°C /分钟，在950 990°C保温 5 10小时，随炉自然冷却到室温。7、烧银将烧结好的陶瓷表面打磨，抛光至0.8 1.2mm厚，用功率为100W的超声波清洗机、频率为50kHz的超声波清洗30分钟，烘箱内80°C烘干，在其上下表面涂覆厚度为0. 01 0. 03mm的银浆，置于电阻炉中850°C保温30分钟，自然冷却至室温，制备成 Na0.5[Bi(1_x)LaJ0.5Cu3Ti4012 巨介电陶瓷材料。在本专利技术的预烧步骤2中，将过80目筛后的原料混合物置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，使其压实密度为1.5g/cm3，加盖，置于电阻炉内最佳900°C预烧保温10小时，自然冷却至室温，出炉。在本专利技术的烧结步骤6中，在铝坩埚盖上均勻铺Naa 5Bi0.5Cu3Ti4012陶瓷粉，在 1100°C烧结7. 5小时，降到室温，重复烧结步骤三次，自然冷却到室温，表面用砂纸打磨平滑，将排胶坯件放入处理过的氧化铝坩埚盖内，扣上氧化铝坩埚进行密封，升温速度2 5°C /分钟，最佳在970°C保温7. 5小时，随炉自然冷却到室温。采用本专利技术方法所制备的镧取代钛酸铜铋钠介电陶瓷材料与文献报道的同类陶瓷材料相比，介电常数明显增加和介电损耗明显降低，室温相对介电常数为10000 13000，可用于制备动态随机存储器电容的介质材料以存储信息，也可以作为互补金属氧化物半导体场效应管逻辑器件的栅介质。本专利技术具有方法简单、重复性好、成品率高等优点。附图说明图1 是 Natl. JBi(H)LaJa5Cu3Ti4O12 巨介电陶瓷材料的 XRD 图。图2是Naa5a5CU3Ti4012巨介电陶瓷材料的介电常数随频率的变化关系图。图3是室温下Naa5 a5Cu3Ti4012巨介电陶瓷材料的介电常数和介电损耗与La含量的变化关系图。图4是低温下Naa5 a5Cu3Ti4012巨介电陶瓷材料的介电常数和温度的变化关系图。图5是不同La含量的Natl. JBi(H)LaJa5Cu3Ti4O12巨介电陶瓷材料的阻抗谱图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1以制备用通式NautBidyLaJ^CuJiWu表示的介电陶瓷材料IOOg为例，式中χ 表示La原子的摩尔数，其取值为0. 10时，所用原料及其制备方法如下1、配料合成按通式Natl. JBia9tlLEici. i丄.5Cu3Ti4012 的化学计量分别称取本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种镧取代钛酸铜铋钠巨介电陶瓷材料，其特征在于：用通式Ｎａ０．５［Ｂｉ（１－ｘ）Ｌａｘ］０．５Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２表示的材料组成，式中０＜ｘ≤０．２０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨祖培，晁小练，任红梅，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：87