CN104529430A - 二氧化钛基复合陶瓷介电材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二氧化钛基复合陶瓷介电材料及其制备方法与应用。该材料化学式如下：xSrTiO₃―(1–x)A；其中，x＝0.03～0.40；A为经共掺杂改性的二氧化钛，化学组分表达式(B,C)_y(TiO₂)_1–y；式中，B为离子价态+5价的元素、C为离子价态+3价或+2价的元素；B、C的摩尔比例依据陶瓷材料的电中性原则而确定；y＝0.005～0.15。本发明的二氧化钛基复合陶瓷介电材料具有相对介电常数ε_r大、耐电场强度E_b高的优良综合介电性能的特点，适应于电容器、谐振器、滤波器和存储器等电子产品的高性能化和微型化要求。

Description

二氧化钛基复合陶瓷介电材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及二氧化钛基复合陶瓷介电材料及其制备方法与应用，具体涉及具有高介电常数和强抗耐击穿电场为特征的二氧化钛基复合陶瓷介电材料及其在电子产品方面的应用，属于复合陶瓷材料技术领域。

技术背景

高介电氧化物材料是电容性器件实现大容量化和尺寸微型化的重要基础，因此受到越来越多的关注。传统上，相对介电常数ε_r大于1000的高介电氧化物材料大体上可分为两类。一类是铁电性或者铁电弛豫体性的钙钛矿氧化物，例如BaTiO₃、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃等。这类材料的高介电性与材料中电偶极矩的电场响应行为密切相关，通常伴随着结构相变而出现。该类材料的相对介电常数ε_r在其相变点附近非常大，然而随温度的变化也很大，因此在实际应用中常常随着环境温度的变化会造成电子器件的工作不稳定。另一类是由于内部阻挡层电容(internalbarrier layer capacitance,IBLC)效应引起的有效介电常数很大的材料。例如，(Ba,Sr)TiO₃基氧化物半导陶瓷，以CaCu₃Ti₄O₁₂为代表的类钙钛矿型氧化物半导陶瓷。该类材料的内部微观组织结构中的晶粒具有较低的电阻率、呈现半导电体的性质，而晶界具有较高的电阻率、呈现绝缘体的性质，导致宏观上表现出巨大的相对介电常数ε_r。然而，当外加电压施加于这类材料时，由于其微观组织结构所具有的特殊电学性质，外加电压值的绝大部分降落在晶界层，而晶界层的厚度通常很薄，因而造成局部的电场强度很高，非常容易击穿。因此，IBLC效应缘起的高介电氧化物材料通常都存在着耐电场强度不高的严重问题。

二氧化钛(TiO₂)的常见晶体结构分为金红石型和锐钛矿型的两种。锐钛矿型结构高温下会转变为金红石型结构，故经高温烧结的二氧化钛陶瓷通常呈现金红石型结构。未经改性的纯二氧化钛陶瓷的相对介电常数ε_r较小、约在90左右。利用Nb⁵⁺等高价杂质离子对Ti⁴⁺离子进行不等价置换的掺杂，高温烧结条件下高价杂质离子扩散进入TiO₂晶格，在晶粒中作为施主存在从而提供电子，晶粒变成n型半导体。为了保持电中性，少部分Ti⁴⁺离子则被还原成Ti³⁺离子。烧结的降温过程中，晶界层因为部分Ti³⁺离子会被重新氧化而变为电阻率较高的绝缘层。因此，Nb⁵⁺等高价杂质离子掺杂的二氧化钛陶瓷在微观组织结构方面的电学特性所伴随的内部阻挡层电容效应，表观上呈现很大的相对介电常数ε_r值，但介电损耗tanδ也很大，而且耐电场强度E_b值很低。作为降低介电损耗tanδ的措施，将In³⁺等低价杂质离子与Nb⁵⁺等高价杂质离子一起掺入TiO₂中，可以起到电价补偿的作用，从而在一定程度上可以降低介电损耗tanδ。例如，文献1(W.B.Hu et al,Nature Mater.,12(2013)821.)和文献2(J.L.Li et al,J.Appl.Phys.,116(2014)074105.)近年报道了实施(Nb,In)共掺杂的TiO₂陶瓷材料的高介电性质。实施(Nb,In)共掺杂的改性TiO₂陶瓷材料的相对介电常数ε_r可高达20000至100000，介电损耗tanδ可降至5％左右，但耐电场强度很低、只有大约为0.10kV/cm的水平。

另一方面，钛酸锶(SrTiO₃)是一种具有钙钛矿型晶体结构的、典型的顺电体，而且具有良好的热稳定性。该材料的禁带宽度约为3.4eV，比金红石型TiO₂的禁带宽度值3.0eV略大。此外，钛酸锶陶瓷的烧结温度和二氧化钛陶瓷的烧结温度很接近。更为重要的是，钛酸锶陶瓷有比较大的相对介电常数ε_r、非常低的介电损耗tanδ和良好的绝缘性的特点。例如，文献1(Z.J.Wanget al,Ceram.Inter.,40(2014)929.)所报道的钛酸锶陶瓷的相对介电常数ε_r为295，介电损耗tanδ为0.2％，耐电场强度E_b为210kV/cm。

如上所述，单一相的改性二氧化钛陶瓷虽然可以实现非常大的相对介电常数ε_r，但耐电场强度E_b很低。与此相对照，钛酸锶陶瓷的耐电场强度E_b虽然很高，但相对介电常数ε_r不大。因此，单一相的改性二氧化钛陶瓷或钛酸锶陶瓷的综合介电性能指标不利于实际应用。

发明内容

本发明针对单一相的改性二氧化钛陶瓷和钛酸锶陶瓷的综合介电性能指标不利于实际应用的问题，提供一类具有良好综合介电性能的二氧化钛基复合陶瓷介电材料。

本发明还提供所述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料的应用。

本发明的技术方案如下：

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，其特征在于，化学式如下：

xSrTiO₃―(1–x)A；

其中，x＝0.03～0.40；

A为经共掺杂改性的二氧化钛，化学组分表达式(B,C)_y(TiO₂)_1–y；式中，B为离子价态+5价的元素、C为离子价态+3价或+2价的元素；B、C的摩尔比例依据陶瓷材料的电中性原则而确定；y＝0.005～0.15。

优选的，x＝0.05～0.30。

优选的，B为Nb、Ta或Sb之一或两种以上元素的组合。

优选的，C为In和/或La中的元素。

优选的，y＝0.01～0.05。

上述二氧化钛基复合陶瓷介电材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备钛酸锶陶瓷粉；

(2)制备共掺杂改性二氧化钛陶瓷粉；

(3)取步骤(1)制得的钛酸锶陶瓷粉和步骤(2)制得的共掺杂改性二氧化钛陶瓷粉按计量比例称量配料，经混合球磨、干燥，制得陶瓷粉混合物；

(4)将步骤(3)制得的陶瓷粉混合物经造粒和成型处理后，将成型体进行排塑，然后在1200～1500℃温度条件下烧结1～40h，制得二氧化钛基复合陶瓷介电材料。

上述二氧化钛基复合陶瓷介电材料在制造电气、电子元件中的应用。

本发明的二氧化钛基复合陶瓷介电材料的具体形态可以多种多样。包括陶瓷粉、烧结陶瓷体和厚膜，也包括以二氧化钛基复合陶瓷介电材料为基础进行的进一步掺杂改性材料，同时包括以二氧化钛基复合陶瓷介电材料为其中一相制备的有机陶瓷复合材料；以及以二氧化钛基复合陶瓷介电材料为其中一成分制备的浆料，还包括以二氧化钛基复合陶瓷介电材料为基础制备的各种电子器件、部件。

制备上述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料时，可以全部采用氧化物、碳酸盐粉体为原料，也可以部分地采用氧化物、碳酸盐粉体而其余部分采用利用硝酸盐、醋酸盐或者醇盐等通过化学沉积、溶胶凝胶等化学手段处理得到的粉体为原料，或者全部采用通过化学沉积、溶胶凝胶等化学手段处理得到的粉体为原料。

对于制备二氧化钛基复合陶瓷介电材料时的工艺，可以利用通常的固态反应的方式获得二氧化钛基复合陶瓷预烧粉料，也可应通过利用化学合成方式获得改性二氧化钛基复合陶瓷粉料。烧结方式可以采用普通烧结方式，也可以采用热压烧结方式、微波烧结方式、等离子体火花放电烧结方式等。可以根据对材料的介电性能指标的要求，确定具体的烧结方式、烧结条件。

本发明采用将钛酸锶和经共掺杂改性的二氧化钛进行复合的方法，对共掺杂改性二氧化钛的耐电场强度E_b做显著的提高改进。发明的二氧化钛基复合陶瓷介电材料组分表观上可用化学表达式xSrTiO₃―(1–x)A进行描述。前式中的量x可依据对相对介电常数ε_r和耐电场强度E_b的要求而确定。其中，A为经共掺杂改性的二氧化钛，可用化学组分表达式(B,C)_y(TiO₂)_1–y表示。前式中的B是离子价态为+5价的元素，具体地讲，可以是Nb、Ta和Sb中的一种元素，也可以是一种以上元素的组合；C是离子价态为+3价的元素，具体地讲，离子价态为+3价元素可以是In、Al等或周期表中La稀土系元素中的一种元素，离子价态为+2价元素可以是Ba元素，也可以是一种以上元素的组合。在共掺杂改性的二氧化钛中，B离子作为施主掺杂离子，而C离子作为受主掺杂离子进入TiO₂晶格。B、C的摩尔比例可依据B离子作为施主掺杂离子、C离子作为受主掺杂离子的效率，共掺杂后的改性二氧化钛达到电中性的原则而确定。B离子、C离子可以是直接固溶进入结晶结构的Ti离子位，也可以是部分直接固溶进入结晶结构的Ti⁴⁺离子位而其余部分以氧化物的形态偏析到晶粒界。前述的钛酸锶包括纯钛酸锶和利用少量Ba²⁺离子或Ca²⁺离子等进行Ti离子位替位掺杂或利用少量Zr⁴⁺离子或Sn⁴⁺离子等进行Ti⁴⁺离子位替位掺杂改性的钛酸锶。前述的共掺杂改性二氧化钛包括利用少量Zr⁴⁺离子或Sn⁴⁺离子等进行Ti⁴⁺离子位替位掺杂的共掺杂改性二氧化钛。

本发明采用使钛酸锶与共掺杂改性二氧化钛进行复合的方法制备二氧化钛基复合陶瓷介电材料，对于提高耐电场强度E_b有如下的效果。因为钛酸锶晶粒具有很大的电阻率和非常高的耐电场强度E_b值，将钛酸锶晶粒分散在共掺杂改性二氧化钛晶粒之间，从而增加共掺杂改性二氧化钛晶粒间的距离，可以大幅度提高阻抗值和绝缘性，达到增强耐电场强度E_b的效果。由于钛酸锶和二氧化钛具有相近的烧结温度，因而可以容易地形成高致密度的复合介电陶瓷，达到增强耐电场强度E_b的效果。烧结时钛酸锶也可以在共掺杂改性二氧化钛晶粒的晶界面上形成非晶性的包覆层，而钛酸锶非晶性包覆层与单一相的共掺杂改性二氧化钛晶粒层相比，对于提高耐电场强度E_b也具有非常良好的效果。此外，钛酸锶与共掺杂改性二氧化钛的复合还可以抑制烧结时晶粒的异常生长，促进微观组织结构的晶粒均匀化，当有外加电场作用时可使共掺杂改性二氧化钛的各个晶粒均匀地分担电场，从而提高整体的耐电场强度E_b。

在本发明中，发明的二氧化钛基复合陶瓷介电材料的化学组分表达式为xSrTiO₃―(1–x)A，x的取值一般应小于0.5。较为理想的情况，x＝0.05～0.40。更加理想的情况，x＝0.10～0.30。x值过小，达不到提高耐电场强度E_b的改性目的；而x值过大，会致使材料的相对介电常数ε_r值非常低。

有益效果

1.本发明所述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料从根本上解决了现有技术中单一相的掺杂二氧化钛陶瓷的耐电场强度E_b低的问题，具有相对介电常数ε_r大、耐电场强度E_b高的优良综合介电性能的特点；

2.本发明所述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料适应于电容器、谐振器、滤波器和存储器等电子产品的高性能化和微型化要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的阐述，但本发明所保护范围不限于这些具体记载的实施例。

实施例1

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

上述二氧化钛基复合陶瓷介电材料的制备方法，分别采用了分析纯度的碳酸盐SrCO₃(99.0％)、氧化物TiO₂(99.8％)、In₂O₃(99.0％)和Nb₂O₅(99.8％)为原料，利用传统的固相反应工艺制备了二氧化钛基复合陶瓷样品，步骤如下：

(1)按组分化学表达式SrTiO₃的计量比秤量SrCO₃和TiO₂，混合后经球磨、干燥，然后在1250℃温度下预烧3h，使原料充分发生化学反应；然后再经球磨、干燥，制得SrTiO₃陶瓷粉；

(2)按组分化学表达式(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的计量比秤量TiO₂、In₂O₃和Nb₂O₅，混合后经球磨、干燥，然后在1250℃温度下预烧3h，使原料充分发生固溶；然后再经球磨、干燥，制得(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99陶瓷粉；

(3)将步骤(1)制得的SrTiO₃陶瓷粉和步骤(2)制得的(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99陶瓷粉按组分化学表达式为0.15SrTiO₃―0.85(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的计量比秤量、混合，经球磨、干燥制得陶瓷粉混合物；

(4)按5wt％比例加入聚乙烯醇(PVA)有机粘合剂进行造粒，然后在300MPa的压力条件下制成直径15mm、厚度1.0mm的薄圆片；在空气中650℃温度条件下保温3h进行排塑，使粘合剂得以挥发，然后，在空气中以1350℃烧结3h，得到复合陶瓷样品。

实施例2

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，步骤(4)中烧结时间为10h。

实施例3

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.05SrTiO₃―0.95(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

实施例4

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.10SrTiO₃―0.90(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.95。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

实施例5

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.20SrTiO₃―0.80(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

实施例6

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.25SrTiO₃―0.75(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

实施例7

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.30SrTiO₃―0.70(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

实施例8

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(In_0.50,Nb_0.50)_0.05(TiO₂)_0.95。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

实施例9

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(In_0.50,Nb_0.50)_0.10(TiO₂)_0.90。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

实施例10

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(In_0.50,Ta_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

实施例11

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(In_0.50,Sb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

实施例12

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(La_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

实施例13

一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，化学式如下：

0.15SrTiO₃―0.85(Ba_1.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如实施例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

比较例1

一种陶瓷介电材料，化学式如下：

(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备步骤如下：

(1)按组分化学表达式(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的计量比秤量TiO₂、In₂O₃和Nb₂O₅，混合后经球磨、干燥，然后在1250℃温度下预烧3h，使原料充分发生固溶；然后再经球磨、干燥，制得(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99陶瓷微粉；

(2)按5wt％比例加入聚乙烯醇(PVA)有机粘合剂进行造粒，然后在300MPa的压力条件下制成直径15mm、厚度1.0mm的薄圆片；在空气中650℃温度条件下保温3h进行排塑，使粘合剂得以挥发，然后，在空气中以1350℃烧结10h，得到样品。

比较例2

一种陶瓷介电材料，化学式如下：

(In_0.50,Nb_0.50)_0.05(TiO₂)_0.95。

制备方法如比较例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

比较例3

一种陶瓷介电材料，化学式如下：

(In_0.50,Nb_0.50)_0.10(TiO₂)_0.90。

制备方法如比较例1所述，不同之处在于，原料比例不相同。

比较例4

一种陶瓷介电材料，化学式如下：

(In_0.50,Ta_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如比较例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

比较例5

一种陶瓷介电材料，化学式如下：

(In_0.50,Sb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如比较例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

比较例6

一种陶瓷介电材料，化学式如下：

(La_0.50,Nb_.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如比较例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

比较例7

一种陶瓷介电材料，化学式如下：

(Ba_1.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99。

制备方法如比较例1所述，不同之处在于，原料及比例不相同。

对实施例及比较例制备的样品进行如下处理和检测：用于电学性质测试的陶瓷样品，其表面利用烧渗法被了覆银电极，使被测陶瓷样品具有类似于平行板电容器的功能。例用Agilent4294A阻抗分析仪，在室温度下以1kHz、100kHz两个代表性频率和有效幅值为500mV的交流电压信号条件下测量了表面被覆了银电极的陶瓷样品的电容值。然后，根据陶瓷样品厚度和电极的尺寸，计算得出相对介电常数ε_r值。对于耐电场强度E_b值，在室温下的硅油中对陶瓷样品施加高压直流电压进行测试而获得。

关于二氧化钛基复合陶瓷的各种实施例与单一相的共掺杂改性TiO₂陶瓷的各种比较例的介电性质和耐击穿性能进行评价所得到的结果如表1所示。

表1实施例与比较例的介电性质和耐击穿性能的比较

由表1可知，实施例1至实施例13的所有二氧化钛基复合陶瓷的相对介电常数ε_r值均大于2000，而耐电场强度E_b值则均高于3.6kV/cm。与单一相的掺杂二氧化钛陶瓷相比较，二氧化钛基复合陶瓷材料虽然呈现出低的相对介电常数ε_r值，但其大于2000的相对介电常数ε_r值本身仍然属于比很高的值。在测试频率为1kHz的条件下测试所得到的实施例1至实施例13的二氧化钛基复合陶瓷的相对介电常数ε_r值处于在2470至16550之间。另一方面，与比较例1至比较例7的单一相的共掺杂改性TiO₂陶瓷的耐电场强度E_b值相比，实施例1至实施例13的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值有着显著的提高。比较例1至比较例7的单一相的共掺杂改性TiO₂陶瓷的耐电场强度E_b值均低于0.2kV/cm，而实施例1至实施例13的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值则处于3.6kV/cm至19.4kV/cm之间，提高幅度达数十倍以上。二氧化钛基复合陶瓷的较大的相对介电常数ε_r值和较高的耐电场强度E_b值对于材料在实际应用时是一种良好的特性。

以下对耐电场强度E_b值大小不同的两级别的实施例和比较例，分别进行详细阐述和分析：

(In,Nb)共掺杂改性TiO₂与SrTiO₃复合而得到的实施例1至实施例7的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值提高到了3.6kV/cm至19.4kV/cm，相对介电常数ε_r仍然呈现大于2470的高值。对应的比较例1为化学组分表达式为(In_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的陶瓷，其相对介电常数ε_r值虽然高达42580，但耐电场强度E_b值仅为0.13kV/cm。

(In,Nb)共掺杂改性TiO₂与SrTiO₃复合而得到的实施例8的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值提高到了12.4kV/cm，相对介电常数ε_r仍然具有8310的高值。对应的比较例2为化学组分表达式为(In_0.50,Nb_0.50)_0.05(TiO₂)_0.95的陶瓷，其相对介电常数ε_r值虽然高达55840，但耐电场强度E_b值仅为0.09kV/cm。

(In,Nb)共掺杂改性TiO₂与SrTiO₃复合而得到的实施例9的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值提高到了10.3kV/cm，相对介电常数ε_r仍然具有9670的高值。对应的比较例3为化学组分表达式为(In_0.50,Nb_0.50)_0.10(TiO₂)_0.10的陶瓷，其相对介电常数ε_r值虽然高达87350，但耐电场强度E_b值仅为0.07kV/cm。

(In,Ta)共掺杂改性TiO₂与SrTiO₃复合而得到的实施例10的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值提高到了16.4kV/cm，相对介电常数ε_r仍然具有6930的高值。对应的比较例4为化学组分表达式为(In_0.50,Ta_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的陶瓷，其相对介电常数ε_r值虽然高达36260，但耐电场强度E_b值仅为0.14kV/cm。

(In,Sb)共掺杂改性TiO₂与SrTiO₃复合而得到的实施例11的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值提高到了13.7kV/cm，相对介电常数ε_r仍然具有6110的高值。对应的比较例5为化学组分表达式为(In_0.50,Sb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的陶瓷，其相对介电常数ε_r值虽然高达25690，但耐电场强度E_b值仅为0.12kV/cm。

(La,Nb)共掺杂改性TiO₂与SrTiO₃复合而得到的实施例12的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值提高到了11.6kV/cm，相对介电常数ε_r仍然具有7820的高值。对应的比较例6为化学组分表达式为(La_0.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的陶瓷，其相对介电常数ε_r值虽然高达43450，但耐电场强度E_b值仅为0.10kV/cm。

(Ba,Nb)共掺杂改性TiO₂与SrTiO₃复合而得到的实施例13的二氧化钛基复合陶瓷的耐电场强度E_b值提高到了12.5kV/cm，相对介电常数ε_r仍然具有5190的高值。对应的比较例7为化学组分表达式为(Ba_1.50,Nb_0.50)_0.01(TiO₂)_0.99的陶瓷，其相对介电常数ε_r值虽然高达13510，但耐电场强度E_b值仅为0.18kV/cm。

综上所述，与单一相的共掺杂改性TiO₂陶瓷材料相比较，与SrTiO₃复合所得到的二氧化钛基复合陶瓷材料仍然具有比较大的相对介电常数ε_r值，而耐电场强度E_b值得到了明显的提高改善。

Claims (7)

1.一种二氧化钛基复合陶瓷介电材料，其特征在于，化学式如下：

xSrTiO₃―(1–x)A；

其中，x＝0.03～0.40；

A为经共掺杂改性的二氧化钛，化学组分表达式(B,C)_y(TiO₂)_1–y；式中，B为离子价态+5价的元素、C为离子价态+3价或+2价的元素；B、C的摩尔比例依据陶瓷材料的电中性原则而确定；y＝0.005～0.15。

2.如权利要求1所述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料，其特征在于，x＝0.05～0.30。

3.如权利要求1所述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料，其特征在于，B为Nb、Ta或Sb之一或两种以上元素的组合。

4.如权利要求1所述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料，其特征在于，C为In和/或La中的元素。

5.如权利要求1所述的二氧化钛基复合陶瓷介电材料，其特征在于，y＝0.01～0.05。

6.权利要求1所述二氧化钛基复合陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备钛酸锶陶瓷粉；

(2)制备共掺杂改性二氧化钛陶瓷粉；

(3)取步骤(1)制得的钛酸锶陶瓷粉和步骤(2)制得的共掺杂改性二氧化钛陶瓷粉按计量比例称量配料，经混合球磨、干燥，制得陶瓷粉混合物；

(4)将步骤(3)制得的陶瓷粉混合物经造粒和成型处理后，将成型体进行排塑，然后在1200～1500℃温度条件下烧结1～40h，制得二氧化钛基复合陶瓷介电材料。

7.权利要求1所述二氧化钛基复合陶瓷介电材料在制造电气、电子元件中的应用。