專利名稱：一種高介電常數(shù)鈦酸鋇陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高介電常數(shù)鈦酸鋇陶瓷的制備方 法。更具體的說是一種采用溶膠凝膠制備高介電常數(shù)鈦酸鋇粉體，再通過兩次燒結(jié)制備鈦 酸鋇陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋇是一種強(qiáng)介電材料，是電子陶瓷中使用最廣泛的材料之一，被譽(yù)為”電子陶 瓷工業(yè)的支柱“。鈦酸鋇是鋇和鈦的混合氧化物，分子式為BaTiO315鈦酸鋇是一個(gè)鐵電陶瓷 材料，有光折射效應(yīng)及壓電性質(zhì)。其固態(tài)時(shí)可有五種晶體結(jié)構(gòu)，溫度從高到低依次為六方、 等軸、四方、斜方及三方晶系。除等軸外，其余的結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)鐵電性。鈦酸鋇被用作陶瓷電 容器的介電材料、麥克風(fēng)和其他傳感器的壓電材料。鈦酸鋇作為電容器，是一種新型儲(chǔ)能裝 置，由于其儲(chǔ)能的過程是可逆的，從而可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次，具有功率密度大、容量大、 使用壽命長、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲(chǔ)能量的能力大大 提高。而且，由于它不是化學(xué)電池，而是一種固體狀態(tài)的能量儲(chǔ)存系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)鋰電池那 種過熱甚至爆炸的危險(xiǎn)，沒有安全隱患。并且由于其制作工藝簡單、成本低、絕緣性質(zhì)好、易 實(shí)現(xiàn)就更加大了它的使用范圍。鈦酸鋇陶瓷是一類具有ABO3型鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的典型的 鐵電陶瓷，由于它的高介電性和高鐵電性廣泛用于電容器、PTC元件、探頭以及介質(zhì)放大器 等電子元件中。目前，國際上用的各種方法所制的純鈦酸鋇的介電常數(shù)大都是低于10000，Gang Liu, Dou Zhang，Tim W. Button 在《Preparation of concentrated barium titanate suspensionsincorporating nano-sized powders)) 一文中釆用商業(yè)用鈦酸鋇粉做成的鈦 酸鋇陶瓷在燒結(jié)溫度為1325°C時(shí)的純鈦酸鋇室溫下頻率為1000Hz的測試條件下測得介電 常數(shù)為 5270 ；LongWu, Ming-Cheng Chu, King-Kung Wu, Wen-Chung Chang，Ming-Ju Yang， Wei-Kuo Liu, Menq-Jion Wu 在《Dielectric properties of barium titanate ceramics with different materialspowder size》一文中介紹到用固相反應(yīng)方法制備的純鈦酸鋇的 介電常數(shù)在室溫下頻率為1000Hz測試尺寸為1微米的介電常數(shù)為5000，5微米的介電常數(shù) 為 2200。 Yahong Xie, ShuYin, Takatoshi Hashimoto， Yuichi Tokano, Atsushi Sasaki， Tsugio Sato ^ ((Lowtemperature synthesis of tetragonal BaTi03 by a novel compo site-hydroxide-mediatedapproach and its dielectric properties)) 一文中提至Ll用水 熱法在低溫下混合氫氧化物的方法制備的純鈦酸鋇在居里溫度(130°C )頻率為1000Hz的 介電常數(shù)為9500(介電常數(shù)是隨著測試溫度的上升而上升的，所以居里溫度處測試的介電 常數(shù)肯定比室溫的低，文章的室溫的介電常數(shù)為低于3000)。一般來講制備鈦酸鋇粉體的 方法有固相反應(yīng)法和液相合成法，其中液相反應(yīng)又包括化學(xué)沉淀法、溶膠凝膠法、水熱合成 法、微乳液法，而固相反應(yīng)一般需要較高的燒結(jié)溫度，它是當(dāng)前工業(yè)上制備鈦酸鋇等鈦酸鹽 粉體的重要方法，但是由于該方法制備的粉體粒度大、純度低、產(chǎn)物活性不高等缺點(diǎn)難以滿 足電子元件高可靠性、多功能性、固態(tài)化、疊層化的要求。實(shí)踐證明，液相合成法有望得到無團(tuán)聚、組分均勻、粒徑可控、單分散性、可結(jié)晶性好的高純鈦酸鋇粉末，從而提高鈦酸鋇電子 元件性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種采用溶膠凝膠制備高介 電常數(shù)鈦酸鋇粉體的方法，為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種高介電常數(shù)鈦酸鋇陶瓷的制備方法，其特征在于按如下的步驟 進(jìn)行(1)將AB溶液混合，在溫度40°C -80°C的水浴鍋中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 分鐘-1小時(shí)，得到溶膠狀態(tài)物；(2)然后在空氣中沉化4-6小時(shí)，在100°C _160°C烘箱中烘干10h_24h，得到干凝 膠；(3)在馬弗爐中第一次燒結(jié)溫度為700°C -1000°C，保溫時(shí)間為2小時(shí)；取出粉末 在有機(jī)溶劑下，空氣中研磨l_3h，得粉末；(4)在馬弗爐中第二次燒結(jié)溫度為700°C -1100°C，保溫時(shí)間為2小時(shí)；取出粉末 在空氣中研磨0. 5-1小時(shí)；(5)采用粉末壓片機(jī)在IGPA的壓力下壓成直徑為10-20mm的圓片，在馬弗爐中燒 結(jié)溫度至1250°C-1340°C，得到二次燒結(jié)的鈦酸鋇陶瓷；其中所述的A溶液由乙酸鋇和乙酸 溶液組成；B溶液由鈦酸丁酯與乙醇-乙酸溶液組成。本發(fā)明所述的制備方法，其中乙酸鋇與乙酸溶液的摩爾比為1 2-10;鈦酸丁 酯乙醇乙酸的摩爾比為1:2-6: 1-3。其中的乙酸溶液為36%的乙酸水溶液。其中 最優(yōu)的燒結(jié)溫度為1280°C -1340°C的成瓷。本發(fā)明采用溶膠凝膠技術(shù)制取鈦酸鋇粉體，通過改變燒結(jié)方法來提高純鈦酸鋇的 介電常數(shù)，能夠大大的降低燒結(jié)溫度，降低成本。由于溶膠-凝膠法中所用的原料首先被分 散到溶劑中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得分子水平的均勻性，在 形成凝膠時(shí)，反應(yīng)物之間很可能是在分子水平上被均勻地混合。與固相反應(yīng)相比，化學(xué)反應(yīng) 比較容易進(jìn)行，而且僅需要較低的合成溫度，一般認(rèn)為溶膠一凝膠體系中組分的擴(kuò)散在納 米范圍內(nèi)，而固相反應(yīng)時(shí)組分?jǐn)U散是在微米范圍內(nèi)，因此反應(yīng)容易進(jìn)行，溫度較低。本發(fā)明 的通過溶膠凝膠兩次燒結(jié)法，其中溶膠凝膠是已有的制作鈦酸鋇粉的方法，兩次燒結(jié)是再 次對粉和對塊進(jìn)行燒結(jié)的方法，制得的鈦酸鋇的介電常數(shù)在室溫下頻率為IOOHz時(shí)的最大 值能夠超過20000。制備過程是把乙酸溶解的乙酸鋇溶液和乙酸乙醇共同溶解的鈦酸丁酯溶液混合 均勻，之后將混合液在水浴鍋中加熱得到溶膠并在空氣中沉化并在馬弗爐中燒結(jié)得到鈦酸 鋇干凝膠，然后兩次在馬弗爐中燒結(jié)得到鈦酸鋇粉末并壓片燒結(jié)得到鈦酸鋇陶瓷的過程。 通過XRD的嚴(yán)格分析得到了室溫下的四方相的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鋇。本發(fā)明采用溶膠凝膠法制取鈦酸鋇，考慮到隨著燒結(jié)溫度的不同，得到的鈦酸鋇 陶瓷的介電常數(shù)也會(huì)有所改變。于是選擇在燒結(jié)溫度為1250°C、1260°C、127(rC、128(rC、 1290°CU300oCU310oCU320oCU330oCU340°C (發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)溫度為 1300°C^P 1310°C的成 瓷最好)進(jìn)行試驗(yàn)，并且發(fā)現(xiàn)陶瓷測試條件為室溫下頻率為IOOHz的介電常數(shù)的最大值為在燒結(jié)溫度為1310°C的研磨總時(shí)間為1. 5h下的24173。本實(shí)驗(yàn)所制備的工藝流程圖見下

圖1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表一第一次測量
權(quán)利要求
一種高介電常數(shù)鈦酸鋇陶瓷的制備方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行(1)將AB溶液混合，在溫度40℃ 80℃的水浴鍋中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘 1小時(shí)，得到溶膠狀態(tài)物；(2)然后在空氣中沉化4 6小時(shí)，在100℃ 160℃烘箱中烘干10h 24h，得到干凝膠；(3)在馬弗爐中第一次燒結(jié)溫度為700℃ 1000℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)；取出粉末在有機(jī)溶劑下，空氣中研磨1 3小時(shí)，得粉末；(4)在馬弗爐中第二次燒結(jié)溫度為700℃ 1100℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)；取出粉末在空氣中研磨0.5 1小時(shí)；(5)采用粉末壓片機(jī)在1GPA的壓力下壓成直徑為10 20mm的圓片，在馬弗爐中燒結(jié)溫度至1250℃ 1340℃，得到二次燒結(jié)的鈦酸鋇陶瓷；其中所述的A溶液由乙酸鋇和乙酸溶液組成；B溶液由鈦酸丁酯與乙醇 乙酸溶液組成。
2.權(quán)利要求1所述的制備方法，其中乙酸鋇與乙酸溶液的摩爾比為1 2-10;鈦酸丁 酯乙醇乙酸的摩爾比為1:2-6: 1-3。
3.權(quán)利要求1所述的制備方法，其中的乙酸溶液為36%的乙酸水溶液。
4.權(quán)利要求1所述的制備方法，其中的燒結(jié)溫度為1280°C-1340°C的成瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及高介電常數(shù)鈦酸鋇陶瓷的制備方法，它是將AB溶液混合，在溫度40-80℃下，反應(yīng)得到溶膠狀態(tài)物；然后在空氣中沉化4-6h，在100-160℃烘箱中烘10-24h，得到干凝膠；在馬弗爐中經(jīng)過700-1100℃，兩次燒結(jié)中間研磨1-3h；取出粉末在空氣中研磨0.5-1h；用粉末壓片機(jī)在1GPA的壓力下壓成直徑為10-20mm的圓片，在馬弗爐中燒結(jié)溫度至1250-1340℃，得到二次燒結(jié)的鈦酸鋇陶瓷。采用本發(fā)明制備鈦酸鋇陶瓷，發(fā)現(xiàn)室溫下頻率為100Hz的介電常數(shù)最大達(dá)到24173，與傳統(tǒng)的制取鈦酸鋇的方法相比，溶膠凝膠法可以降低溫度，兩次燒結(jié)方法可以大大提高鈦酸鋇的介電常數(shù)。
文檔編號(hào)C04B35/624GK101985395SQ20101056089
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者關(guān)曉芬, 張艷杰, 楊仁波, 譚忠文, 鄧湘云, 陸程, 韓立仁 申請人:天津師范大學(xué)