專利名稱：溶膠包覆法制備鈦酸鉍鈉-鈦酸鋇復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，特別涉及一種采用溶膠包覆法制備復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著航天、信息、醫(yī)療儀器等迅猛發(fā)展，航天器、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)引擎、坦克以及一些超大規(guī)模集成電路等應(yīng)用領(lǐng)域，要求電子系統(tǒng)裝備能在各種惡劣環(huán)境條件下 (工作溫區(qū)-55°C +200°C)正常工作。這就要求電子元器件在寬的工作溫度下具有較好的穩(wěn)定性和可靠性。相關(guān)的研究證明，電子元器件的正常工作溫度范圍每提升10°C，可靠性提高25%，這表明制造具有更高可靠性的電子元器件必須研制研制具有寬溫(_55°C +2000C )熱穩(wěn)定型(AC/C彡士 15% )的介質(zhì)陶瓷材料。現(xiàn)已研制出的X7R型和X8R型(X表示工作溫度下限為_(kāi)55°C，7表示工作溫度上限為+125°C，8表示工作溫度上限為+150°C，R表示工作溫區(qū)內(nèi)的所有溫度點(diǎn)的電容量相對(duì)于室溫25°C時(shí)的變化率AC/C小于或等于士 15%。)介質(zhì)陶瓷材料由于工作溫區(qū)窄，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代電子設(shè)備在苛刻環(huán)境下的高可靠性的需求。其工作溫區(qū)窄的主要原因是X7R、 X8R介質(zhì)陶瓷體系的研究與開(kāi)發(fā)主要集中在對(duì)傳統(tǒng)已知材料(BaTiO3)的摻雜改性上，使其居里峰移動(dòng)或展寬，達(dá)到高介電常數(shù)和容量溫度穩(wěn)定特性，但畢竟單純用摻雜改性離子對(duì) BaTiO3(簡(jiǎn)稱BT)的居里峰(125°C)移動(dòng)和展寬是有限度的，達(dá)不到寬溫(_55°C +200°C ) 熱穩(wěn)定型標(biāo)準(zhǔn)。因此開(kāi)發(fā)與BT相復(fù)合的高溫穩(wěn)定型介質(zhì)陶瓷材料，以及先進(jìn)制備方法，已經(jīng)成為當(dāng)今亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)達(dá)不到寬的工作溫區(qū)(_55°C +200°C )熱穩(wěn)定型標(biāo)準(zhǔn)(AC/C< 士 15%)的缺點(diǎn)，提供一種采用先進(jìn)粉體制備工藝-溶膠包覆法制備 (Naa5Bia5)TiO3(簡(jiǎn)稱NBT)與BaTiO3(簡(jiǎn)稱BT)復(fù)合的均勻、超細(xì)的粉體，在較低燒結(jié)溫度下合成(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種溶膠包覆法制備(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法，具有如下步驟(1)原料組分及其摩爾百分比含量為X(Naa5Bia5) TiO3-(1-x) BaTiO3,其中0. Kx <0.5,按此化學(xué)計(jì)量比，首先配置鈦酸鉍鈉溶膠，將0. 05x mol五水硝酸鉍和0. 05x mol無(wú)水乙酸鈉溶于IOOml的冰醋酸，加熱磁力攪拌，使其溶解，得到硝酸鉍與乙酸鈉混合溶液； 將0. Ixmol鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后上述兩種溶液混合，加入去離子水，得到NBT前驅(qū)體溶液，并在90°C下磁力攪拌2小時(shí)，得到澄清的 (Na0.5Bi0.5) TiO3 溶膠；
3
(2)根據(jù)步驟(1)化學(xué)計(jì)量比，將步驟(1)獲得的鈦酸鉍鈉溶膠與0. l(l-X)mol高純超細(xì)鈦酸鋇粉體混合，形成鈦酸鉍鈉溶膠對(duì)鈦酸鋇粉體的包覆，然后加入乙二醇乙醚作為穩(wěn)定劑，球磨混合6小時(shí)，得到充分均勻包覆的穩(wěn)定漿料；(3)將漿料置于烘箱中，于100 120°C烘干，得到鈦酸鉍鈉包覆的鈦酸鋇粉體；(4)將烘干的粉體置于高溫爐中，于700 900°C預(yù)燒，得到(Naa5Bia5) TiO3-BaTiO3超細(xì)粉體；(5)將超細(xì)粉料中，加入重量百分比為7% 10%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過(guò)篩，在4 8Mpa壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm的圓片，在950 1150°C燒結(jié)，保溫3 6小時(shí)， 制得性能優(yōu)良的(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3介質(zhì)陶瓷。所述步驟(3)優(yōu)選的烘干溫度為110°C。所述步驟(4)優(yōu)選的預(yù)燒溫度為800°C。所述步驟(5)優(yōu)選的燒結(jié)溫度為1100°C，保溫4小時(shí)。本發(fā)明的有益效果是，采用溶膠包覆法制備出的NBT-BT超細(xì)粉體顆粒細(xì)小、均勻，在較低燒結(jié)溫度下就能制備介電性能優(yōu)良的高介寬溫介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明的有益效果是，采用溶膠包覆法制備出的NBT-BT超細(xì)粉體顆粒細(xì)小、均勻，在較低燒結(jié)溫度下就能制備介電性能優(yōu)良的高介寬溫介質(zhì)陶瓷。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所用原料均采用市售的分析純?cè)?，具體實(shí)施例如下。實(shí)施例1(1)按0. 1 (Naa5Bia5)TiO3-O. 9BaTi03化學(xué)計(jì)量比，首先配置鈦酸鉍鈉溶膠，將 0. 005mol五水硝酸鉍和0. 005mol無(wú)水乙酸鈉溶于IOOml的冰醋酸，加熱磁力攪拌，使其溶解，得到硝酸鉍與乙酸鈉混合溶液；將0. Olmol鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后上述兩種溶液混合，加入去離子水，得到(Naa5Bia5)TiO3前驅(qū)體溶液，并在90°C下磁力攪拌2小時(shí)，得到澄清的(^fea5Bia5)TiO3溶膠；(2)根據(jù)步驟(1)化學(xué)計(jì)量比，將步驟(1)獲得的鈦酸鉍鈉溶膠與0. 09mol高純超細(xì)鈦酸鋇粉體混合，形成鈦酸鉍鈉溶膠對(duì)鈦酸鋇粉體的包覆，然后加入適量的乙二醇乙醚作為穩(wěn)定劑，球磨6小時(shí)，得到充分均勻包覆的穩(wěn)定漿料；(3)將步驟(2)漿料置于烘箱中，于110°C烘干，得到鈦酸鉍鈉包覆的鈦酸鋇粉體；(4)將步驟(3)烘干的粉體置于高溫爐中，于800 °C預(yù)燒，得到(Naa 5Bi0.5) TiO3-BaTiO3超細(xì)粉體；(5)將步驟(4)超細(xì)粉料中，加入重量百分比為8%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過(guò)蹄，在7Mpa壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm的圓片，在1100°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得性能優(yōu)良的NBT-BT介質(zhì)陶瓷。實(shí)施例2-1(1)按0. 2 (Na0.5Bi0.5) TiO3-O. 8BaTi03化學(xué)計(jì)量比，首先配置鈦酸鉍鈉溶膠，將 0. Olmol五水硝酸鉍和0. Olmol無(wú)水乙酸鈉溶于IOOml的冰醋酸，加熱磁力攪拌，使其溶解， 得到硝酸鉍與乙酸鈉混合溶液；將0. 02mol鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后上述兩種溶液混合，加入去離子水，得到(Naa5Bia5)TiO3前驅(qū)體溶液，并在90°C下磁力攪拌2小時(shí)，得到澄清的(^fea5Bia5)TiO3溶膠；(2)根據(jù)步驟(1)化學(xué)計(jì)量比，將步驟(1)獲得的鈦酸鉍鈉溶膠與0. OSmol高純超細(xì)鈦酸鋇粉體混合，形成鈦酸鉍鈉溶膠對(duì)鈦酸鋇粉體的包覆，然后加入適量的乙二醇乙醚作為穩(wěn)定劑，球磨6小時(shí)，得到充分均勻包覆的穩(wěn)定漿料；(3)將步驟(2)漿料置于烘箱中，于110°C烘干，得到鈦酸鉍鈉包覆的鈦酸鋇粉體；(4)將步驟(3)烘干的粉體置于高溫爐中，于800 °C預(yù)燒，得到(Naa 5Bi0.5) TiO3-BaTiO3超細(xì)粉體；(5)將步驟(4)超細(xì)粉料中，加入重量百分比為8%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過(guò)篩，在7Mpa壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm的圓片，在950°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得性能優(yōu)良的NBT-BT介質(zhì)陶瓷。實(shí)施例2-2步驟(6)是“在1100°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得性能優(yōu)良的(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3 復(fù)合介質(zhì)陶瓷。”，其它工藝同于實(shí)施例2-1。實(shí)施例2-3步驟(6)是“在1150°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得性能優(yōu)良的(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3 復(fù)合介質(zhì)陶瓷?！保渌に囃趯?shí)施例2-1。實(shí)施例2-4步驟(6)是“在1100°C燒結(jié)，保溫3小時(shí)，制得性能優(yōu)良的(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3 復(fù)合介質(zhì)陶瓷?！保渌に囃趯?shí)施例2-1。實(shí)施例2-5步驟(6)是“在1100°C燒結(jié)，保溫6小時(shí)，制得性能優(yōu)良的(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3 復(fù)合介質(zhì)陶瓷?！?，其它工藝同于實(shí)施例2-1。實(shí)施例3(1)按0. 3 (Na0.5Bi0.5) TiO3-O. 7BaTi03化學(xué)計(jì)量比，首先配置鈦酸鉍鈉溶膠，將 0. 015mol五水硝酸鉍和0. 015mol無(wú)水乙酸鈉溶于IOOml的冰醋酸，加熱磁力攪拌，使其溶解，得到硝酸鉍與乙酸鈉混合溶液；將0. 03mol鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后上述兩種溶液混合，加入去離子水，得到(Naa5Bia5)TiO3前驅(qū)體溶液，并在90°C下磁力攪拌2小時(shí)，得到澄清的(^fea5Bia5)TiO3溶膠；(2)根據(jù)步驟(1)化學(xué)計(jì)量比，將步驟(1)獲得的鈦酸鉍鈉溶膠與0. 07mol高純超細(xì)鈦酸鋇粉體混合，形成鈦酸鉍鈉溶膠對(duì)鈦酸鋇粉體的包覆，然后加入適量的乙二醇乙醚作為穩(wěn)定劑，球磨6小時(shí)，得到充分均勻包覆的穩(wěn)定漿料；(3)將步驟( 漿料置于烘箱中，于110°C烘干，得到鈦酸鉍鈉包覆的鈦酸鋇粉體；(4)將步驟(3)烘干的粉體置于高溫爐中，于800 °C預(yù)燒，得到(Naa 5Bi0.5) TiO3-BaTiO3超細(xì)粉體；(5)將步驟(4)超細(xì)粉料中，加入重量百分比為8%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過(guò)蹄，在7Mpa壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm的圓片，在1100°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得性能優(yōu)良的NBT-BT介質(zhì)陶瓷。實(shí)施例4(1)按0. 5 (Na0.5Bi0.5) TiO3-O. 5BaTi03化學(xué)計(jì)量比，首先配置鈦酸鉍鈉溶膠，將 0. 025mol五水硝酸鉍和0. 025mol無(wú)水乙酸鈉溶于IOOml的冰醋酸，加熱磁力攪拌，使其溶解，得到硝酸鉍與乙酸鈉混合溶液；將0. 05mol鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后上述兩種溶液混合，加入去離子水，得到(Naa5Bia5)TiO3前驅(qū)體溶液，并在90°C下磁力攪拌2小時(shí)，得到澄清的(^fea5Bia5)TiO3溶膠；(2)根據(jù)步驟(1)化學(xué)計(jì)量比，將步驟(1)獲得的鈦酸鉍鈉溶膠與0. 05mol高純超細(xì)鈦酸鋇粉體混合，形成鈦酸鉍鈉溶膠對(duì)鈦酸鋇粉體的包覆，然后加入適量的乙二醇乙醚作為穩(wěn)定劑，球磨6小時(shí)，得到充分均勻包覆的穩(wěn)定漿料；(3)將步驟( 漿料置于烘箱中，于110°C烘干，得到鈦酸鉍鈉包覆的鈦酸鋇粉體；(4)將步驟(3)烘干的粉體置于高溫爐中，于800 °C預(yù)燒，得到(Naa 5Bi0.5) TiO3-BaTiO3超細(xì)粉體；(5)將步驟(4)超細(xì)粉料中，加入重量百分比為8%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過(guò)蹄，在7Mpa壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm的圓片，在1100°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得性能優(yōu)良的NBT-BT介質(zhì)陶瓷。上述實(shí)施例介電性能測(cè)試結(jié)果列于表1。表1中Max I Δ C/C25。c | (% )值的溫區(qū)范圍為-55 +200 0C ο表 權(quán)利要求
1.一種溶膠包覆法制備(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法，具有如下步驟(1)原料組分及其摩爾百分比含量為χ(Naa5Bia5) TiO3-(1-x)BaTiO3，其中0. 1 < χ <0.5,按此化學(xué)計(jì)量比，首先配置鈦酸鉍鈉溶膠，將0. 05x mol五水硝酸鉍和0. 05x mol無(wú)水乙酸鈉溶于IOOml的冰醋酸，加熱磁力攪拌，使其溶解，得到硝酸鉍與乙酸鈉混合溶液； 將0. Ixmol鈦酸四丁酯溶于無(wú)水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后上述兩種溶液混合，加入去離子水，得到NBT前驅(qū)體溶液，并在90°C下磁力攪拌2小時(shí)，得到澄清的 (Naa5Bia5)TiO3 溶膠；(2)根據(jù)步驟(1)化學(xué)計(jì)量比，將步驟(1)獲得的鈦酸鉍鈉溶膠與0.l(l-X)mol高純超細(xì)鈦酸鋇粉體混合，形成鈦酸鉍鈉溶膠對(duì)鈦酸鋇粉體的包覆，然后加入乙二醇乙醚作為穩(wěn)定劑，球磨混合6小時(shí)，得到充分均勻包覆的穩(wěn)定漿料；(3)將漿料置于烘箱中，于100 120°C烘干，得到鈦酸鉍鈉包覆的鈦酸鋇粉體；(4)將烘干的粉體置于高溫爐中，于700 900°C預(yù)燒，得到(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3超細(xì)粉體；(5)將超細(xì)粉料中，加入重量百分比為7% 10%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過(guò)篩， 在4 8Mpa壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm的圓片，在950 1150°C燒結(jié)，保溫3 6小時(shí)，制得性能優(yōu)良的(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3介質(zhì)陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法，其特征在于， 所述步驟C3)優(yōu)選的烘干溫度為110°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制備(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法，其特征在于， 所述步驟(4)優(yōu)選的預(yù)燒溫度為800°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制備(Naa5Bia5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法，其特征在于， 所述步驟(5)優(yōu)選的燒結(jié)溫度為1100°C，保溫4小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溶膠包覆法制備(Na0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷的方法，步驟為(1)按原料組分及其摩爾百分比含量為x(Na0.5Bi0.5)TiO3-(1-x)BaTiO3，其中0.1＜x＜0.5，首先配置硝酸鉍與乙酸鈉混合溶液；再配置鈦酸四丁酯溶液；然后上述兩種溶液混合，加入去離子水，得到(Na0.5Bi0.5)TiO3前驅(qū)體溶液，再磁力攪拌，得到(Na0.5Bi0.5)TiO3溶膠；(2)將鈦酸鉍鈉溶膠與高純超細(xì)鈦酸鋇粉體混合，加入穩(wěn)定劑，球磨，得到充分均勻包覆的穩(wěn)定漿料；(3)烘干，得到鈦酸鉍鈉包覆的鈦酸鋇粉體；(4)預(yù)燒，制得復(fù)合超細(xì)粉體；(5)造粒，過(guò)篩，壓制成型，于950～1150℃燒結(jié)，制得(Na0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3復(fù)合介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明制備出的復(fù)合超細(xì)粉體顆粒細(xì)小、均勻，在較低燒結(jié)溫度下制備介電性能優(yōu)良的高介寬溫復(fù)合介質(zhì)陶瓷。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102173784SQ20111002460
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者張平, 李玲霞, 王洪茹 申請(qǐng)人:天津大學(xué)