一种电子功能陶瓷及其制造方法和应用与流程

1.本发明属于电力电子以及电子信息应用领域，涉及一种电子功能陶瓷及其制造方法和应用。


背景技术：

2.电子功能陶瓷由于其自身具有的物理性质，如：声学、光学、热学、电学、磁学及力学性质，被广泛应用在电子信息、微电子、物联网传感器领域。传统的电子功能陶瓷是由一种无机化合物制备而成或者由多种无机化合物通过不同的加工工艺制备得到致密的复合陶瓷材料。
3.传统的电子功能陶瓷要想实现掺杂有机高分子材料来改善自身物理性能，需要采用低温烧结技术，将有机高分子材料掺杂如无机化合物基体中形成复合陶瓷材料。虽然这种方式能够实现无机
‑
有机复合，但是存在成分组元种类多，工业化生产中配方比例调控难以精准，导致最终陶瓷产品性能均一性差，良品率不高的劣势。其次，部分使用到的无机化合物和有机高分子材料的价格昂贵，不利于工业中的成本控制。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电子功能陶瓷及其制造方法和应用，在降低工艺难度和成本的前提下，得到了具有显著的直流电压敏特性、微波介电特性以及磁性的电子功能陶瓷。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种电子功能陶瓷的制造方法，采用单一有机酸式盐粉末进行烧结，烧结时的压力载荷为150mpa
‑
350mpa，烧结温度为20℃
‑
300℃，升温速率为10
‑
15℃/min，烧结时间为40
‑
150min，烧结完成后得到电子功能陶瓷。
7.优选的，有机酸式盐粉末包括草酸系有机酸式盐粉末、谷氨酸系有机酸式盐粉末、柠檬酸系有机酸式盐粉末、甲酸系有机酸式盐粉末、乙酸系有机酸式盐粉末或葡萄糖酸系有机酸式盐粉末系列下单一有机酸式盐。
8.优选的，有机酸式盐粉末进行烧结前，进行湿式球磨至少8h，将湿式球磨后的产物在50℃
‑
80℃的温度下烘干18h
‑
24h。
9.优选的，有机酸式盐粉末进行烧结前，进行研磨10
‑
20分钟，直至粉体颗粒呈现面粉状为止。
10.优选的，有机酸式盐粉末进行烧结前，进行研磨10
‑
20分钟，在研磨过程中，陆续加入1.2
‑
1.5mol/l的醋酸水溶液，直至粉体呈现湿润状态。
11.优选的，有机酸式盐粉末进行烧结前，进行研磨10
‑
20分钟，在研磨过程中，陆续加入去离子水，直至粉体呈现湿润状态。
12.一种电子功能陶瓷，化学组成包括单一的有机酸盐。
13.优选的，有机酸式盐包括草酸系有机酸式盐、谷氨酸系有机酸式盐、柠檬酸系有机
酸式盐、甲酸系有机酸式盐、乙酸系有机酸式盐或葡萄糖酸系有机酸式盐系列下的单一有机酸式盐。
14.优选的，该陶瓷致密度≥95％，电流电压非线性系数大于10，电学击穿场强大于1000v/mm，微波介电性能品质因数大于1000ghz，介电常数为4
‑
10。
15.一种基于上述任意一项所述电子功能陶瓷在压敏电阻、微波介质陶瓷和磁介电耦合陶瓷的应用。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.本发明采用冷烧结方式，在降低工艺难度和成本的前提下，得到了具有显著的直流电压敏特性的电子功能陶瓷，有机酸式盐多功能电子陶瓷在烧结过程中，在晶粒之间会形成晶界层，晶界层的存在导致晶粒之间形成了肖特基势垒。肖特基势垒会阻碍电荷的移动，从而导致电子功能陶瓷的击穿场强显著增大，并且使得电流与电压呈现非线性的关系。有机酸盐多功能电子陶瓷由于采用冷烧结制备工艺，使得陶瓷在烧结过程中，不会出现相变，从而保证最终致密化的陶瓷保持单相状态，进一步提高了陶瓷的非线性电学性能。制成的陶瓷具有显著的多功能电子性能，同时具有直流压敏特性和微波介电性能，冷烧结制备得到的有机酸盐陶瓷结构致密，内部缺陷少，从而使得介电损耗小，进而保证其具有良好的微波介电性能。同时部分有机酸式盐电子功能陶瓷同时具备微波介电性能以及磁性，可作为磁介电耦合材料使用。有机酸式盐粉末价格低，工业化生产成熟，原料丰富，适合工业化大规模生产有机酸式盐电子功能陶瓷，生产成本低。
附图说明
18.图1为本发明的snc2o4的晶界的透射电镜照片。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
20.本发明所述电子功能陶瓷，化学组成包括单一的有机酸盐。
21.有机酸式盐包括草酸系有机酸式盐、谷氨酸系有机酸式盐、柠檬酸系有机酸式盐、甲酸系有机酸式盐、乙酸系有机酸式盐或葡萄糖酸系有机酸式盐系列下的单一有机酸式盐。
22.因此本实施所述的电子功能陶瓷，涉及六大类电子功能陶瓷，分别是草酸系电子功能陶瓷，包括：li2c2o4(草酸锂)电子功能陶瓷，k2c2o4(草酸钾)电子功能陶瓷，na2c2o4(草酸钠)电子功能陶瓷，cac2o4(草酸钙)电子功能陶瓷，coc2o4(草酸钴)电子功能陶瓷，fec2o4(ⅱ)(草酸亚铁)电子功能陶瓷，mnc2o4(草酸锰)电子功能陶瓷，snc2o4(ⅱ)(草酸锡)电子功能陶瓷。谷氨酸系电子功能陶瓷，包括：c5h8nnao4(谷氨酸钠)电子功能陶瓷，c5h8kno4(谷氨酸钾)电子功能陶瓷，c
10
h
16
o8n2ca(谷氨酸钙)电子功能陶瓷，c5h7mgno4(谷氨酸镁)电子功能陶瓷。柠檬酸系电子功能陶瓷，包括：c6h5li3o7(柠檬酸锂)电子功能陶瓷，c6h5na3o7(柠檬酸钠)电子功能陶瓷，c6h5k3o7(柠檬酸钾)电子功能陶瓷，zn3(c6h5o7)2(柠檬酸锌)电子功能陶瓷，c
12
h
10
ca3o
14
(柠檬酸钙)电子功能陶瓷。甲酸电子功能陶瓷，包括：cho2li(甲酸锂)电子功能陶瓷，cho2na(甲酸钠)电子功能陶瓷，cho2k(甲酸钾)电子功能陶瓷，c2h2o4ca(甲酸钙)电子功能陶瓷，c2h6mgo6(甲酸镁)电子功能陶瓷。乙酸电子功能陶瓷，包括：c2h3lio2(乙酸锂)
(c6h5o7)2·
h2o，c
12
h
10
ca3o
14
·
h2o；cho2m
·
h2o(其中m分别为li，k，na)，c2h2o4ca
·
h2o，c2h6mgo6·
h2o；c2h3mo2·
h2o(其中m分别为li，k，na)；c6h
11
lio7·
h2o(其中m分别为li，k，na)。
37.步骤一：将原始分体分别进行丙酮湿式球磨；
38.步骤二：湿式球磨8h后，分别将原始粉体放置在50℃的烘箱中烘干18h；
39.步骤三：取步骤二烘干后的样品进行研磨预处理；
40.无液相辅助预处理。取步骤二烘干后的各种粉体，分别进行研磨，研磨10分钟，直至粉体颗粒呈现面粉状为止，保证颗粒尺寸的均匀，利于后续的烧结制备。
41.步骤四：将步骤三中预处理后的粉体分别移至金属模具中，置于热压机中进行压制。压力载荷为150mpa，烧结温度为20℃，升温速率为10℃/min，烧结时间为40min。
42.步骤五:将步骤四中制备得到的各产品脱模，打磨修去毛刺，置于干燥器皿中储存。
43.实施例二：
44.mc2o4·
4h2o(其中m分别为li，k，na，ca，co，fe(ii)，sn)；c5h8nnao4·
4h2o；c5h8kno4·
4h2o；c
10
h
16
o8n2ca
·
h2o，c5h7mgno4·
h2o；c6h5m3o7·
4h2o(其中m分别为li，k，na)，zn3(c6h5o7)2·
4h2o，c
12
h
10
ca3o
14
·
4h2o；cho2m
·
4h2o(其中m分别为li，k，na)，c2h2o4ca
·
4h2o，c2h6mgo6·
4h2o；c2h3mo2·
4h2o(其中m分别为li，k，na)；c6h
11
lio7·
4h2o(其中m分别为li，k，na)。
45.步骤一：将原始分体分别进行丙酮湿式球磨；
46.步骤二：湿式球磨8h后，分别将原始粉体放置在80℃的烘箱中烘干24h；
47.步骤三：取步骤二烘干后的样品进行研磨预处理。
48.醋酸水溶液辅助预处理。取步骤二烘干后的各种粉体，分别进行研磨，研磨20分钟，在研磨过程中，陆续加入1.5mol/l的醋酸水溶液，直至粉体颜色加深，保证颗粒与醋酸水溶液混合均匀，利于后续的烧结制备。
49.步骤四：将步骤三中预处理后的粉体分别移至金属模具中，置于热压机中进行压制。压力载荷为350mpa，烧结温度为300℃，升温速率为15℃/min，烧结时间为150min。
50.步骤五:将步骤四中制备得到的各产品脱模，打磨修去毛刺，置于干燥器皿中储存。
51.实施例三：
52.mc2o4·
2h2o(其中m分别为li，k，na，ca，co，fe(ii)，sn)；c5h8nnao4·
2h2o；c5h8kno4·
2h2o；c
10
h
16
o8n2ca
·
2h2o，c5h7mgno4·
2h2o；c6h5m3o7·
2h2o(其中m分别为li，k，na)，zn3(c6h5o7)2·
2h2o，c
12
h
10
ca3o
14
·
2h2o；cho2m
·
2h2o(其中m分别为li，k，na)，c2h2o4ca
·
2h2o，c2h6mgo6·
2h2o；c2h3mo2·
2h2o(其中m分别为li，k，na)；c6h
11
lio7·
2h2o(其中m分别为li，k，na)。
53.步骤二：湿式球磨8h后，分别将原始粉体放置在70℃的烘箱中烘干20h；
54.步骤三：取步骤二烘干后的样品进行研磨预处理；去离子水辅助预处理。取步骤二烘干后的各种粉体，分别进行研磨，研磨15分钟，在研磨过程中，陆续加入去离子水，直至粉体颜色加深，保证颗粒与醋酸水溶液混合均匀，利于后续的烧结制备。
55.步骤四：将步骤三中预处理后的粉体分别移至金属模具中，置于热压机中进行压
制。压力载荷为218mpa，烧结温度为145℃，升温速率为12℃/min，烧结时间为90min。
56.步骤五:将步骤四中制备得到的各产品脱模，打磨修去毛刺，置于干燥器皿中储存。
57.图中所示是snc2o4的晶界的透射电镜照片。snc2o4的透射电镜清晰地显示出，在snc2o4晶粒间，形成了厚度在1nm
‑
6nm的晶界层，这个晶界层结构使得snc2o4具有了出色的电击穿场强以及电压电流非线性系数。
58.实施例一至三最终制成的电子功能陶瓷的主要性能如表1
‑
3所示；
59.表1实例一的主要电学性能
60.[0061][0062]
表2实例二的主要电学性能
[0063]
[0064][0065]
表3实例三的主要电学性能
[0066]
[0067][0068]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。