专利名称：稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷及其制备方法，属于电子功能陶瓷的制备技术领域。
背景技术：
目前，制备BaTiO3电子功能陶瓷所用的材料为BaCO3、BaO和TiO2，其制备方法主要有固相烧结法和液相合成法。但这两种制备方法都存在着各自的缺点固相烧结法对原材料要求较高，产品难以达到分子级混合，物料活性低，能量消耗大，容易引进杂质，其纯度、均一性较差，烧结时间长，反应难以控制，得到的陶瓷元器件成品率低，耐压性能差，陶瓷晶粒较大，有气孔等缺陷；液相烧结法其原料价格昂贵，且制备SrCO3凝胶需高温煅烧后才能转化为SrCO3粉体，存在煅烧时晶粒长大和颗粒硬团聚及成本高等问题。
另外，申请人经研究发现，在BaTiO3电子功能陶瓷中引入稀土氧化物杂质(如Y2O3)，可导致主要成分中离子电价的变化，从而出现新的局部能级。Y3+占据晶格中Ba2+位置，每添加一个Y3+离子，晶体中便多余一个正电子，为了保持电中性，Ti4+俘获了一个电子，形成Ti3+。这个被俘获的电子只处于半束缚状态，容易被激发后参与导电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷及其制备方法，不仅克服了现有技术所存在的缺点，而且所制备的陶瓷产品导电性能更加优良。
本发明是这样构成的一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷，是由摩尔比＝0.9～0.999∶0.1～0.001∶1的BaCO3、Y2O3和TiO2制备而成的。
准确的说，它是由摩尔比＝0.997∶0.003∶1的BaCO3、Y2O3和TiO2制备而成的。
所用Y2O3的纯度≥99.99％。
本发明所述稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷的制备方法为按比例称取BaCO3、Y2O3和TiO2，混合均匀并研磨成细粉，在1150℃下预烧0.5～1小时，再次研磨，并加入粘合剂造粒，然后用压片机在20MPa压力下压制成坯片，坯片先于80℃下烘干1小时，目的是除去水分，然后缓慢升温至350℃保温4小时，以除去粘合剂，再用CO2激光进行烧结，即得稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷。
CO2激光烧结过程中，宽带激光输出功率P＝400W，扫描速度为150mm/min，光斑面积D＝14×2mm2，离焦量f＝315mm。该工艺条件是发明人在固定光斑尺寸(14×2mm2)和离焦量(315mm)的前提下，改变宽带激光输出功率和扫描速度，通过正交实验优化、筛选出来的最佳工艺参数。在此工艺条件下烧结出的陶瓷产品性能最好。
其中所用的粘合剂为聚乙烯醇。
本发明的化学原理为BaCO3、Y2O3和TiO2混合、预烧、压片并烘干后，在宽带激光的作用下发生化学反应Ba2+Ti4+O2-3+xY3+-＝Ba2+1-xY3+x(Ti4+1-xTi3+)O2-3+xBa2+由于BaCO3、Y2O3的量之和与TiO2的摩尔比为1∶1，可完全充分地发生反应，反应后即得稀土钇(Y)掺杂的钛酸钡电子功能陶瓷。
本发明所制备的电子功能陶瓷具有可靠性高、安全、节电等优点，主要应用于温度敏感元件、限电流元件以及恒温发热元件等方面，具体涉及通信、家电、航空、汽车、电力设备等领域。
与现有技术相比，本发明所用材料价格便宜，激光烧结法耗能少，烧结时间极短(1.5秒左右)，激光烧结制得的稀土掺杂BaTiO3陶瓷产品晶粒很细小，无气孔，致密度很高，使产品具有一定的强度，其性能(如导电率、介电常数等)更加稳定可靠。
具体实施例方式本发明的实施例1原料BaCO3、Y2O3(纯度≥99.99％)、TiO2称取0.997摩尔BaCO3、0.003摩尔Y2O3、1摩尔TiO2，混合均匀并研磨成细粉，在1150℃下预烧0.8小时，再次研磨，并加入聚乙烯醇造粒，然后用压片机在20MPa压力下压制成坯片，坯片先于80℃下烘干1小时，目的是除去水分，然后缓慢升温至350℃保温4小时，以除去粘合剂(聚乙烯醇)，再用CO2激光进行烧结宽带激光输出功率P＝400W，扫描速度为150mm/min，光斑面积D＝14×2mm2，离焦量f＝315mm；即得稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷。
本发明的实施例2称取0.999摩尔BaCO3、0.001摩尔Y2O3、1摩尔TiO2，混合均匀并研磨成细粉，在1150℃下预烧0.5小时，再次研磨，并加入聚乙烯醇造粒，然后用压片机在20MPa压力下压制成坯片，坯片先于80℃下烘干1小时，目的是除去水分，然后缓慢升温至350℃保温4小时，以除去粘合剂(聚乙烯醇)，再用CO2激光进行烧结宽带激光输出功率P＝400W，扫描速度为150mm/min，光斑面积D＝14×2mm2，离焦量f＝315mm；即得稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷。
本发明的实施例3称取0.9摩尔BaCO3、0.1摩尔Y2O3、1摩尔TiO2，混合均匀并研磨成细粉，在1150℃下预烧1小时，再次研磨，并加入聚乙烯醇造粒，然后用压片机在20MPa压力下压制成坯片，坯片先于80℃下烘干1小时，目的是除去水分，然后缓慢升温至350℃保温4小时，以除去粘合剂(聚乙烯醇)，再用CO2激光进行烧结宽带激光输出功率P＝400W，扫描速度150mm/min，光斑面积D＝14×2mm2，离焦量f＝315mm；即得稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷。
权利要求
1.一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷，其特征在于它是由摩尔比＝0.9～0.999∶0.1～0.001∶1的BaCO3、Y2O3和TiO2制备而成的。
2.按照权利要求1所述的稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷，其特征在于它是由摩尔比＝0.997∶0.003∶1的BaCO3、Y2O3和TiO2制备而成的。
3.按照权利要求1或2所述的稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷，其特征在于所用Y2O3的纯度≥99.99％。
4.如权利要求1或2所述稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷的制备方法，其特征在于按比例称取BaCO3、Y2O3和TiO2，混合均匀并研磨成细粉，在1150℃下预烧0.5～1小时，再次研磨，并加入粘合剂造粒，然后用压片机在20MPa压力下压制成坯片，坯片先于80℃下烘干1小时，然后缓慢升温至350℃保温4小时，再用CO2激光进行烧结，即得稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷。
5.按照权利要求4所述稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷的制备方法，其特征在于CO2激光烧结过程中，宽带激光输出功率为400W，扫描速度为150mm/min，光斑面积为14×2mm2，离焦量为315mm。
6.按照权利要求4所述稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷的制备方法，其特征在于所用的粘合剂为聚乙烯醇。
全文摘要
本发明公开了一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷及其制备方法，它是由摩尔比＝0.9～0.999∶0.1～0.001∶1的BaCO
文档编号C04B35/634GK101050112SQ20071020037
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月2日 优先权日2007年4月2日
发明者刘其斌, 刘香东, 翁源泉, 秦尤敏 申请人:贵州大学