溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷制備方法
【專利說明】—種Ba
C0.9-x)^r0.1
MgxT i 03溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及功能陶瓷領(lǐng)域，尤其是一種Ba(a9_x)SraiMgxTi03溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]材料是社會技術(shù)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源、信息、新材料占有現(xiàn)代文明進(jìn)程中三大支柱地位。新材料中的功能陶瓷材料近年來被廣泛的應(yīng)用，尤其是具有優(yōu)越特性的功能材料受到科技界的高度重視。隨著科技發(fā)展的進(jìn)步，材料的要求被不斷的提高，電子設(shè)備不僅需要小型化、環(huán)境友好化，而且所處的工作環(huán)境要求也非?？量蹋绾娇蘸教?、石油鉆探等領(lǐng)域的工作環(huán)境溫度不同于常規(guī)工作溫度。所以，開發(fā)在很寬的溫度范圍內(nèi)依然保持較高且穩(wěn)定的電容值的無鉛陶瓷電容器顯得尤為重要。
[0003]目前，使用較多的是含鉛的鐵電材料，但是由于含鉛的氧化物對人體的健康不利，對環(huán)境的污染嚴(yán)重，所以為了環(huán)?；_發(fā)無鉛的高溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器成為各國關(guān)注的問題。BaT13陶瓷在室溫附近的鐵電特性使其具有非常高的介電常數(shù)，是一種良好的鐵電陶瓷，因而成為高性能陶瓷電容器的首選介電材料。近年來，在BaT13陶瓷的基礎(chǔ)上，科學(xué)家通過改性摻雜發(fā)現(xiàn)(Ba，Sr) T13陶瓷具有更為優(yōu)越的性能；(Ba，Sr) T13陶瓷以本身高于8&1103陶瓷的介電常數(shù)、非常高的儲能特性，成為活躍在科研和生產(chǎn)線上的優(yōu)質(zhì)儲能功能陶瓷。但是，(Ba，S1T13陶瓷介電常數(shù)在居里點(diǎn)附近有較大的突變，具有溫度穩(wěn)定型差的缺陷，從而使它的應(yīng)用范圍被局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種具有較高介電常數(shù)的Ba(a9_x)Sr。.^gxT i O3溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]包括以下步驟:
[0007]I)取SrT13前驅(qū)體溶液和BaT1 3前驅(qū)體溶液混合均勻，然后加入MgCl 2混合均勻，再進(jìn)行水熱反應(yīng)生成沉淀，將沉淀清洗后進(jìn)行干燥，得到粉體；其中SrTi03、BaT1^MgCl2的摩爾比為a (0.9-x):0.1b:x，其中x = 0.001?0.02，a和b為系數(shù)，且a = 1.5?2.5，b = I ?2 ;
[0008]2)將步驟I)得到的粉體經(jīng)過研磨、造粒和壓片成型后，在1200?1300°C進(jìn)行燒結(jié)，制得Ba (ο.9_x) Sr0.1MgxT i O3溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷。
[0009]所述步驟I)中SrT13前驅(qū)體溶液的制備步驟包括:
[0010]首先將第一份KOH溶液加入Sr (NO3) 2溶液中混合均勻，其中Sr (NO 3) 2和KOH的摩爾比為1: (I?1.5)，得到混合溶液A ;同時將11(:14逐滴加入第二份KOH溶液中混合均勻，其中TiCl4和KOH的摩爾比為1: (3?4)，得到混合溶液B ;再按Sr (NO 3)2和TiCl 4的摩爾比為1: (0.8?1.2)，取混合溶液A和混合溶液B混合均勻，得到SrT13前驅(qū)體溶液。
[0011]所述的第一份KOH溶液和第二份KOH溶液的濃度均為4?5mol/L ;所述的Sr (NO3)2溶液的濃度為1.5mol/Lo
[0012]所述步驟I)中BaT13前驅(qū)體溶液的制備步驟包括:
[0013]首先將11(:14逐滴加入BaCl 2溶液中混合均勻，其中BaCl 2和TiCl 4的摩爾比為1: (0.6?0.8)，得到混合溶液C ;再將KOH加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩爾比為1: (5?10)，得到BaT13前驅(qū)體溶液。
[0014]所述步驟I)中加入18(:12后使用磁力攪拌器攪拌I?4h后再進(jìn)行水熱反應(yīng)。
[0015]所述步驟I)中水熱反應(yīng)生成的沉淀用去離子水清洗直到pH值為5?7后進(jìn)行干燥。
[0016]所述步驟I)中干燥工藝為在60?80°C保溫8?24h。
[0017]所述步驟2)中的粉體在造粒后排膠，再進(jìn)行壓片成型。
[0018]所述步驟2)中燒結(jié)的方式為微波燒結(jié)，燒結(jié)時間為3?lOmin。
[0019]所述步驟2)中燒結(jié)工藝為:在微波馬弗爐中，首先由室溫升溫至900°C，升溫速率為15?30°C /min ;后由900°C升溫至1200?1300°C，升溫速率為20?30°C，保溫3?1min ;最后隨爐冷卻至室溫。
[0020]本發(fā)明以氯化鎂為鎂源，以(Ba，S1T13陶瓷這種高介電常數(shù)、良好的儲能材料為依托，在其中摻雜Mg2+，化學(xué)組成簡單符合工業(yè)化生產(chǎn)需求，摻雜物質(zhì)簡單易得；通過水熱法制備出粉體，反應(yīng)完成后將所得粉體，經(jīng)過研磨、造粒、壓制后再進(jìn)行燒結(jié)，制得溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器電介質(zhì)材料，所得陶瓷材料通過掃描電子顯微鏡測試分析和介電常數(shù)-溫度測試分析，可以看出，本發(fā)明制備方法制得的Baftl.9_x) Sr0.WgxT13陶瓷具有較高的介電常數(shù)且保證溫度穩(wěn)定性，晶粒均勻、致密，不含Pb等有害化合物，符合綠色電子材料制造的要求；且在水熱法制備過程中SrT1jP BaT1 3的摩爾比采用系數(shù)加以修正，能夠合成純相的Ba0.9_SrQ.^(^粉體，利于制得Ba ((Hx)Sra WgxT1^度穩(wěn)定型無鉛陶瓷。所以本發(fā)明提供了一種具有較高介電常數(shù)，同時具有環(huán)境友好、化學(xué)組成簡單便于生產(chǎn)的Ba(a9_x)SraiMg J13溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷的制備方法。
【附圖說明】
[0021]圖1是采用本發(fā)明制備Ba(Q.9_x)SraiMgxT1^瓷樣品的步驟和條件(不添加氯化鎂)，得到的Ba。.9Sr0.J13粉體X射線衍射(XRD)圖；
[0022]圖2是由本發(fā)明制備的Ba(Q.9_x)SrQ.WgxT13陶瓷樣品掃描電子顯微鏡(SEM)圖；
[0023]圖3是由本發(fā)明制備的Baftl.9_x)Sr。.^gxT13陶瓷樣品的介電常數(shù)隨溫度變化圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明陶瓷的具體制備步驟如下:
[0025]步驟1:將濃度為4?5mol/L的第一份氫氧化鉀(KOH)溶液加入濃度為1.5mol/L的硝酸鍶(Sr (NO3) 2)溶液中混合，得到混合溶液A，在混合溶液A中，Sr (NO3) 2:KOH的摩爾比為1: (I?1.5);同時將四氯化鈦(TiCl4)逐滴加入另配的濃度也為4?5mol/L的第二份氫氧化鉀(KOH)溶液中，混合均勻得到混合溶液B，在混合溶液B中，TiCl4iKOH的摩爾比為1: (3?4);再按Sr (NO3) 2和TiCl 4的摩爾比為1: (0.8?1.2)，取混合溶液A和混合溶液B混合，攪拌均勻得到SrT13前驅(qū)體溶液；
[0026]步驟2:將四氯化鈦(TiCl4)逐滴加入氯化鋇(BaCl2.2Η20)溶液中混合均勻，其中BaClJP TiCl 4的摩爾比為1: (0.6?0.8)，得到混合溶液C ;再將氫氧化鉀(KOH)加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩爾比為1: (5?10)，得到BaT1 3前驅(qū)體溶液；
[0027]步驟3:將步驟I制得的SrT13前驅(qū)體溶液和步驟2制得的BaT1 3前驅(qū)體溶液混合，攪拌均勻后加入氯化鎂(MgCl2)，使用磁力攪拌器攪拌I?4h混合均勻后，得到混合溶液D，其中混合溶液D中SrT13' BaT13和MgCl 2的摩爾比為a(0.9-χ):0.1b:x，其中x =0.001?0.02 ;a = 1.5?2.5，b = I?2，將混合溶液D倒入水熱釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，生成沉淀，將沉淀用去離子水清洗直到趨于中性或弱酸性，具體是pH值為5?7，之后經(jīng)過60?80°C保溫8?24h的干燥工藝，得到粉體；
[0028]步驟4:將得到的粉體經(jīng)過研磨、造粒、排膠和壓片成型工藝，在微波馬弗爐中，首先由室溫升溫至900 °C，升溫速率為15?30°C /min ;后由900 °C升溫至1200?1300 °C，升溫速率為20?30°C，進(jìn)行燒結(jié)3?1min ;最后隨爐冷卻至室溫，制得Ba(a9_x)Sra^gxT13溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷。
[0029]本發(fā)明一種Ba(a9_x)Sra^gxT13溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷制備方法，以氫氧化鉀(KOH)為制備鈦酸鍶鋇((Ba，Sr)T13)的礦化劑，氯化鎂(MgCl2)為鎂源，通過水熱法制備出粉體；反應(yīng)完成后將所得粉體，經(jīng)過研磨、造粒、壓制后再進(jìn)行燒結(jié)，制得溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器電介質(zhì)材料。本發(fā)明無鉛陶瓷電容器介質(zhì)材料具有較低的成本，較高的介電常數(shù)并其溫度穩(wěn)定性好，和環(huán)境友好等特點(diǎn)，可用于航空航天、石油鉆探等領(lǐng)域。至少具有以下優(yōu)點(diǎn):化學(xué)組成簡單符合工業(yè)化生產(chǎn)需求，摻雜物質(zhì)簡單易得，所得陶瓷材料具有較高的介電常數(shù)且保證溫度穩(wěn)定性，不含Pb等有害化合物，符合綠色電子材料制造的要求。
[0030]實(shí)施例一
[0031]步驟1:將濃度為4mol/L的第一份KOH溶液加入濃度為1.5mol/L的Sr (NO3)2溶液中混合，得到混合溶液A，在混合溶液A中，Sr (NO3) 2:Κ0Η的摩爾比為1:1.2 ;同時將TiCl 4逐滴加入另配的濃度為5mol/L的第二份KOH溶液中，混合均勻得到混合溶液B，在混合溶液B中，TiCl4iKOH的摩爾比為1:4 ;再按Sr (NO 3) 2和TiCl 4的摩爾比為1: 0.8，取混合溶液A和混合溶液B混合，攪拌均勻得到SrT13前軀體溶液；
[0032]步驟2:將11(:14逐滴加入BaCl 2溶液中混合均勻，其中BaCl 2和TiCl 4的摩爾比為I: 0.6，得到混合溶液C ;再將KOH加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩爾比為1: 5，得到BaT13前軀體溶液；
[0033]步驟3:將步驟I制得的SrT13前驅(qū)體溶液和步驟2制得的BaT1 3前驅(qū)體溶液混合，攪拌均勻后加入MgCl2,使用磁力攪拌器攪拌Ih混合均勻后，得到混合溶液D，其中混合溶液 D 中 51*1103、831103和]\%(:12的摩爾比為&(0.9-x):0.1b:x，其中 x = 0.001 ；a = 1.5，b = 1，將混合溶液D倒入水熱釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，生成沉淀，將沉淀用去離子水清洗直到趨于中性或弱酸性，具體是pH值為5?7，之后經(jīng)過60°C保溫24h的干燥工藝，得到粉體；
[0034]步驟4:將粉體經(jīng)過研磨、造粒、排膠和壓片成型工藝，在微波馬弗爐中，首先由室溫升溫至900 °C，升溫速率為15°C /min ;后由900 °C升溫至1200 °C，升溫速率為24°C，進(jìn)行燒結(jié)3min ;最后隨爐冷卻至室溫，制得Baa(^99SraiMga(^llT13溫度穩(wěn)定型無鉛陶瓷。
[0035]實(shí)施例二
[0036]步驟1:將濃度為4.9mol/L的第一份KOH溶液加入濃度為1.5mol/L的Sr (NO3) 2溶液中混合，得到混合溶液A，在混合溶液A中，Sr (NO3) 2:Κ0Η的摩爾比為1:1.4 ;同時將TiCl 4逐滴加入另配的濃度為4.9mol/L的第二份KOH溶液中，混合均勻得到混合溶液B，在混合溶液B中，TiCl4:K0H的摩爾比為1:3.5 ;再按Sr (NO 3)2和TiCl 4的摩爾比為1:0.9，取混合溶液A和混合溶液B混合，攪拌均勻得到SrT13前軀體溶液；
[0037]步驟2:將11(:14逐滴加入BaCl 2溶液中混合均勻，其中BaCl 2和TiCl 4的摩爾比為I: 0.7，得到混合溶液C ;再將KOH加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩爾比為1: 6，得到BaT13前軀體溶液；
[0038]步驟3:將步驟I制得的SrT13前驅(qū)體溶液和步驟2制得的BaT1 3前驅(qū)體溶液混合，攪拌均勻后加入MgCl2,使用磁力攪拌器攪拌2h混合均勻后，得到混合溶液D，其中混合溶液 D 中 51*1103、831103和]\%(:12的摩爾比為&(0.9-x):0.1b:x，其中 x =