一種介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法。該方法以分析純BaCO3，SrCO3，CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSr1-xTiO3配料，其中x＝0.3～0.8，CeO2添加量為BST的0～1wt.%；將配好的料裝入球磨罐內(nèi)粉磨30小時(shí)；將粉磨后的產(chǎn)物在1000℃下煅燒2小時(shí)；然后等靜壓成型；在1100℃下保溫2小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷。本發(fā)明采用機(jī)械力化學(xué)法制備陶瓷樣品，通過(guò)氧化鈰來(lái)調(diào)節(jié)其介電常數(shù)，可以在低溫下制備出介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料。
【專利說(shuō)明】一種介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鍶鋇(BST)是鈦酸鋇(BaTiO3)和鈦酸鍶(SrTiO3)的固溶體，是一種具有典型的ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料，因具有較高的介電常數(shù)、低的介電損耗和小的漏電流、大的介電可調(diào)性及較高的熱釋電系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、集成微波電器、紅外探測(cè)器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]由于純的BST陶瓷具有機(jī)械性能差、介電損耗較大、漏電流大、居里峰較窄、熱釋電性表現(xiàn)等不足，研究者們普遍采用摻雜改性來(lái)提高BST的綜合性能。對(duì)ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BST來(lái)說(shuō)，摻雜分為A位的施主摻雜和B位的受主摻雜。A位摻雜的施主離子主要包括:Ce4+，Dy3+，La3+，Sm3+，Nd3+，Pr3+等，A位摻雜能較大改變BST的微觀形貌、介電性和熱釋電性；B位摻雜的受主離子包括=Al3+, Cr3+，K+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e2+，Mn3+，Mn2+，Mg2+，Y3+等。各類摻雜元素都使BST陶瓷材料的性能有一定的優(yōu)化效果，使BST材料的介電調(diào)諧率增加、漏電流減小、介電損耗較低和熱釋電性提聞等。
[0004]若使用傳統(tǒng)陶 瓷制備工藝制備的鈦酸鍶鋇陶瓷，最終燒結(jié)溫度要在1380°C~1400°C，即使采用化學(xué)方法制備粉體后，其燒結(jié)溫度也在1300°C以上。值得注意的是，本發(fā)明采用機(jī)械力化學(xué)法，機(jī)械力化學(xué)法是通過(guò)高能球磨實(shí)現(xiàn)的超細(xì)粉碎過(guò)程使固體顆粒晶粒細(xì)化，產(chǎn)生微裂紋、晶格畸變、表面能升高、反應(yīng)能力增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)低溫化學(xué)反應(yīng)。
[0005]本發(fā)明涉及一種介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法，首先采用機(jī)械力化學(xué)法降低鈦酸鍶鋇的燒結(jié)溫度，其次，通過(guò)氧化鈰摻雜來(lái)調(diào)節(jié)其介電常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)低溫下制備介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料，為其進(jìn)一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法。該方法采用機(jī)械力化學(xué)法，并通過(guò)氧化鈰摻雜來(lái)調(diào)節(jié)其介電常數(shù)，實(shí)現(xiàn)了低溫下制備介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明的介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法的具體步驟如下:
[0009](a)以BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSr1-JiO3配料，其中χ = 0.3 ~0.8, CeO2 添加量為 BaxSr1^TiO3 的 O ~Iwt.% ；
[0010](b)將配好的物料放入球磨罐中，球磨時(shí)間為20~40小時(shí)；
[0011](c)將球磨后的物料在900-1100°C下煅燒I~3小時(shí)，取出后再球磨4~6小時(shí)，過(guò)篩；
[0012](d)將過(guò)篩后的物料在150~250MPa下等靜壓成型，得到直徑為12mm，厚度為I~1.5mm的圓片；
[0013] (e)將成型后的圓片在1050~1150°C下保溫2~3小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷。
[0014]步驟(a)中，BaCO3,SrCO3, CeO2 和 TiO2 為分析純。
[0015]步驟(a)中，其中，優(yōu)選x=0.4。
[0016]步驟(a)中，優(yōu)選CeO2 添加量為 BaxSr1-JiO3 的 0.4wt.%。
[0017]步驟(b )中，優(yōu)選球磨時(shí)間為30小時(shí)。
[0018]步驟(b)和步驟(C)中,球磨機(jī)采用行星磨或振動(dòng)磨。
[0019]行星磨機(jī)的操作參數(shù)為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200~300r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150~250r/min，球料比為20~30: I。
[0020]步驟(c )中，優(yōu)選將球磨后的物料在1000 V下煅燒2小時(shí)。
[0021]步驟(d)中，優(yōu)選將過(guò)篩后的物料在200MPa下等靜壓成型。
[0022]步驟(e)中，優(yōu)選將成型后的圓片在1100 C下保溫2~3小時(shí)。
[0023]本發(fā)明的介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法采用機(jī)械力化學(xué)法降低鈦酸鍶鋇的燒結(jié)溫度，通過(guò)氧化鈰摻雜來(lái)調(diào)節(jié)其介電常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)低溫下制備介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為摻雜不同含量氧化鈰的鈦酸鍶鋇陶瓷的X射線衍射圖譜(XRD)。
[0025]圖2為摻雜不同含量氧化鈰的鈦酸鍶鋇陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]以下結(jié)合附圖1~2和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]首先，以分析純BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量為BST的Owt.%稱量，將稱好的物料放入球磨罐中，按不銹鋼球:料為20: I的比例混料球磨，球磨時(shí)間為30小時(shí)，磨機(jī)的操作參數(shù)為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速250r/min,自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200r/min ;將球磨好的料在1000°C溫度下煅燒2小時(shí)，取出后再球磨4小時(shí)，過(guò)篩；再在200MPa下等靜壓成型，得到直徑為12mm，厚度為1.2mm的圓片；將成型后的圓片在1100°C下保溫2小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷，記為1#樣品。利用X射線衍射儀對(duì)1#樣品進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)分析；利用阻抗分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試1#樣品的介電常數(shù)和介電損耗。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1~2所示。
[0030]圖1中包括摻雜Owt.%氧化鈰的鈦酸鍶鋇陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖1中可以看出，所制備的陶瓷沒(méi)有其他雜相，結(jié)果表明，利用本發(fā)明的方法制備的鈦酸鍶鋇陶瓷材料在相對(duì)較低的溫度(IlO(TC)煅燒即可生成鈦酸鍶鋇陶瓷。從圖2中可以看出，其介電常數(shù)和介電損耗分別為1610和0.088。
[0031]實(shí)施例2:[0032]首先，以分析純BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量為BST的0.2wt.%稱量，將稱好的物料放入球磨罐中，按不銹鋼球:料為20: I的比例混料球磨,球磨時(shí)間為30小時(shí),磨機(jī)的操作參數(shù)為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速250r/min,自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200r/min ;將球磨好的料在1000°C溫度下煅燒2小時(shí)，取出后再球磨4小時(shí)，過(guò)篩；再在200MPa下等靜壓成型，得到直徑為12mm，厚度為1.2mm的圓片；將成型后的圓片在1100°C下保溫2小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷，記為2#樣品。利用X射線衍射儀對(duì)2#樣品進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)分析；利用阻抗分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試2#樣品的介電常數(shù)和介電損耗。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1~2所示。
[0033]圖1中包括摻雜0.2wt.%氧化鈰的鈦酸鍶鋇陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖1中可以看出，所制備的陶瓷沒(méi)有其他雜相，結(jié)果表明，利用本發(fā)明的方法制備的鈦酸鍶鋇陶瓷材料在相對(duì)較低的溫度(IlO(TC)煅燒即可生成鈦酸鍶鋇陶瓷。從圖2中可以看出，其介電常數(shù)和介電損耗分別為1250和0.071。
[0034]實(shí)施例3:
[0035]首先，以分析純BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量為BST的0.4wt.%稱量，將稱好的物料放入球磨罐中，按不銹鋼球:料為20: I的比例混料球磨,球磨時(shí)間為30小時(shí),磨機(jī)的操作參數(shù)為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速250r/min,自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200r/min ;將球磨好的料在1000°C溫度下煅燒2小時(shí)，取出后再球磨4小時(shí)，過(guò)篩；再在200MPa下等靜壓成型，得到直徑為12mm，厚度為1.2mm的圓片；將成型后的圓片在1100°C下保溫2小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷，記為3#樣品。利用X射線衍射儀對(duì)3#樣品進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)分析；利用阻抗分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試3#樣品的介電常數(shù)和介電損耗。測(cè)試結(jié)果見(jiàn) 圖1~2所示。
[0036]圖1中包括摻雜0.4wt.%氧化鈰的鈦酸鍶鋇陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖1中可以看出，所制備的陶瓷沒(méi)有其他雜相，結(jié)果表明，利用本發(fā)明的方法制備的鈦酸鍶鋇陶瓷材料在相對(duì)較低的溫度(IlO(TC)煅燒即可生成鈦酸鍶鋇陶瓷。從圖2中可以看出，其介電常數(shù)和介電損耗分別為1245和0.086。
[0037]實(shí)施例4:
[0038]首先，以分析純BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量為BST的0.6wt.%稱量，將稱好的物料放入球磨罐中，按不銹鋼球:料為20: I的比例混料球磨,球磨時(shí)間為30小時(shí),磨機(jī)的操作參數(shù)為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速250r/min,自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200r/min ;將球磨好的料在1000°C溫度下煅燒2小時(shí)，取出后再球磨4小時(shí)，過(guò)篩；再在200MPa下等靜壓成型，得到直徑為12mm，厚度為1.2mm的圓片；將成型后的圓片在1100°C下保溫2小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷，記為4#樣品。利用X射線衍射儀對(duì)4#樣品進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)分析；利用阻抗分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試4#樣品的介電常數(shù)和介電損耗。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1~2所示。
[0039]圖1中包括摻雜0.6wt.%氧化鈰的鈦酸鍶鋇陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖1中可以看出，所制備的陶瓷沒(méi)有其他雜相，結(jié)果表明，利用本發(fā)明的方法制備的鈦酸鍶鋇陶瓷材料在相對(duì)較低的溫度(IlO(TC)煅燒即可生成鈦酸鍶鋇陶瓷。從圖2中可以看出，其介電常數(shù)和介電損耗分別為1400和0.078。
[0040]實(shí)施例5:[0041]首先，以分析純BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量為BST的1.0wt.%稱量，將稱好的物料放入球磨罐中，按不銹鋼球:料為20: 1的比例混料球磨,球磨時(shí)間為30小時(shí),磨機(jī)的操作參數(shù)為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速250r/min,自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200r/min ;將球磨好的料在1000°C溫度下煅燒2小時(shí)，取出后再球磨4小時(shí)，過(guò)篩；再在200MPa下等靜壓成型，得到直徑為12mm，厚度為1.2mm的圓片；將成型后的圓片在1100°C下保溫2小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷，記為5#樣品。利用X射線衍射儀對(duì)5#樣品進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)分析；利用阻抗分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試5#樣品的介電常數(shù)和介電損耗。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1~2所示。
[0042]圖1中包括摻雜1.0wt.%氧化鈰的鈦酸鍶鋇陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖1中可以看出，所制備的陶瓷沒(méi)有其他雜相，結(jié)果表明，利用本發(fā)明的方法制備的鈦酸鍶鋇陶瓷材料在相對(duì)較低的溫度(IlO(TC)煅燒即可生成鈦酸鍶鋇陶瓷。從圖2中可以看出，其介電常數(shù)和介電損耗分 別為1320和0.084。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種介電常數(shù)可控的鈦酸鍶鋇陶瓷材料的低溫制備方法，其特征在于:所述方法的具體步驟如下:(a)以BaCO3,SrCO3, CeO2和TiO2為原料，按照化學(xué)計(jì)量比BaxSr1^xTiO3配料，其中χ =`0.3 ~0.8，CeO2 添加量為 BaxSr1-JiO3 的 O ~Iwt.% ； (b)將配好的物料放入球磨罐中，球磨時(shí)間為20~40小時(shí)； (c)將球磨后的物料在900-1100°C下煅燒I~3小時(shí)，取出后再球磨4~6小時(shí)，過(guò)篩； (d)將過(guò)篩后的物 料在150~250MPa下等靜壓成型，得到直徑為12mm，厚度為I~`1.5mm的圓片； (e)將成型后的圓片在1050~1150°C下保溫2~3小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(a)中，BaCO3,SrCO3, CeO2和TiO2為分析純。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(a)中,其中，x=0.4。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(a)中，CeO2添加量為BaxSivxTiO3的 0.4wt.%。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(b)中，球磨時(shí)間為30小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(b)和步驟(c)中，球磨機(jī)采用行星磨或振動(dòng)磨。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:行星磨機(jī)的操作參數(shù)為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200~300r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150~250r/min，球料比為20~30: I。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(c)中，將球磨后的物料在1000°C下煅燒2小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(d)中，將過(guò)篩后的物料在200MPa下等靜壓成型。
10.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(e)中，將成型后的圓片在1100°C下保溫2~3小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C04B35/468GK103922731SQ201410089826
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】羅駒華, 王旭, 許劍光, 徐風(fēng)廣 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院