专利名称：激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的材料及方法
技术领域：
本发明涉及一种激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的材料及方法，属于电子功 能陶瓷的制备技术领域。
背景技术：
钛酸锶钡是BaTi03和SrTi03完全的固溶体，其连续固溶性可使材料的介电和 光学性能在Ba/Sr的量比范围内连续调节，这在电子元件的应用领域里具有非常重要的意义 。目前，电子功能陶瓷的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；液相烧结法工艺流程长，易引起环境污染，粉 体易团聚，原料价格昂贵，且需要较高的温度和较高的压力，设备投资大等，也限制了此法 的应用。近年来，开始有人将激光技术应用于电子功能陶瓷的制备中，但目前国内主要采用 窄带激光制备电子功能陶瓷，其缺点是烧结宽度窄，只有l 3mm，压坯在激光烧结过程中， 由于温度梯度较大，极易开裂，致使压坯难以烧结成行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的材料及方法，以克服传 统的制备方法所存在的缺陷。
本发明是这样构成的 一种激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的材料，是由摩尔比为(1 一x) : x : l的碳酸钡BaC03、碳酸锶SrC03和二氧化钛Ti02组成的，其中x表示摩尔质量分数 ,0<x<l。
所述碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛的纯度均为99%以上。
用上述材料采用激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的方法为按摩尔比称取碳酸钡、碳酸 锶和二氧化钛，混合，烘干，用球磨机干磨3小时，然后加适量去离子水湿磨5小时，取出烘 干，加粘结剂塑化、造粒，在25MPa压力下压坯，保压5min;生坯在8(TC温度下干燥1小时， 再在35(TC温度下干燥4小时，随炉冷却；取出样品，用宽带C02激光直接烧结，即制得钛酸 锶钡电子功能陶瓷。
C02激光烧结过程中，宽带激光密度为O. 25kW/cm2 0. 35kW/cm2，采用双面烧结。 优选的激光烧结工艺参数为宽带激光输出功率为450W，扫描速度为150mm/min，光斑面 积为14X2mi/，离焦量为315mm。这些工艺参数是发明人在固定光斑面积(14X2mm2)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。
其中所用的粘结剂是浓度为5%的聚乙烯醇溶液；所述聚乙烯醇的聚合度为1750。 本发明的化学原理为BaC03、 SrC03和Ti02按比例混合、球磨、塑化、造粒、压片、经 干燥除去水分和粘结剂后，在宽带C02激光的作用下发生化学反应(l一x) BaC03 +xSrC03 +Ti02 — (Ba (1—x) ， Srx) Ti03 + C02 t由于BaC0;j、 SrC0;j和Ti02以(1—x) : x : l的摩 尔比混合，可完全发生反应，反应后生成的C02气体逸出，即得纯度较高的钛酸锶钡电子功 能陶瓷。
本发明的技术创新点主要体现在以下几个方面
1. 同时采用BaC03、 SrC03和Ti02为原材料，制得性能更为优越的钛酸锶钡电子功能陶瓷 。由于钛酸锶钡是BaTi03和SrTi03完全的固溶体，其连续固溶性可使陶瓷的介电和光学性能 在Ba/Sr物质的量比为0 l的范围连续调节；同时，BaTi03和SrTi03的居里温度不同，可以 通过调整Ba/Sr的比例改变钛酸锶钡的居里温度，获得介电常数大、介电损耗小的电子功能 陶瓷。
2. 坯材的制备工艺坯材的制备对激光烧结效果的影响较大，主要体现在(1)压坯 压力和保压时间在适宜的压力下可使混合粉体结合得更加紧密，压力不够时，坯体内部就
会存在一些微小气泡导致坯体易分层。当激光照射有缺陷的坯体时，坯体便在短时间内吸收 大量能量，气泡急剧受热造成坯体内部发生爆炸，坯体凝固后会在样品表面形成一些不规则
的突起。(2)排胶和干燥工艺当温度在35(TC时进行排胶可使坯体内的聚乙烯醇(PVA) 完全排出，如果低于此温度排胶会不完全，导致坯体有气泡，当激光照射排胶不完全的坯体 时坯体内部易发生爆炸，从而导致坯体表面不平、体开裂等现象。
3. 采用宽带激光烧结在宽带激光模式下，不仅增加了烧结带宽度，且由于激光束斑快速
局部摆动使熔池表面温度的最高点快速变化，导致熔池中央区域温度梯度下降，裂纹敏感性降 低，表观质量改善。同时，又可利用熔池边缘的温度梯度形成的表面张力场，起到搅拌熔体使 元素均匀分布的作用。因此采用宽带激光烧结钛酸锶钡电子功能陶瓷，可得到组织致密、烧
结宽度达15mm、表面平整的压坯。
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，激光 烧结制得的钛酸锶钡电子功能陶瓷具有晶粒细小、气孔率小、致密度高、可靠性高、安全、 节电等优点，主要用作敏感元器件、压电陶瓷、高压电容器陶瓷等方面。另外，(Ban，Srx) Ti03是BaTi03和SrTi03完全的固溶体，其连续固溶性可使陶瓷的介电和光学性能在 Ba/Sr物质的量比为0 l的范围连续调节；同时，BaTi03和SrTi03的居里温度不同，可以通 过调整Ba/Sr的比例改变钛酸锶钡的居里温度，获得介电常数大、介电损耗小的电子功能陶瓷。
具体实施例方式
本发明的实施例l:所用材料BaC03、 SrC03、和Ti02 (纯度均为99%以上)。 称取BaCO;j、 SrC03和Ti02，按BaC。3 : SrC03 : Ti02=0. 5 : 0. 5 : l的摩尔比混合，并进行 烘干。烘干后将混合粉末用球磨机干磨3小时，然后加适量的去离子水湿磨5小时。取出烘干 ，加入聚合度为1750的5%聚乙烯醇溶液作为粘结剂进行塑化、造粒，在25MPa压力下压坯， 保压5min。生坯在8(TC温度下干燥1小时，再在35(TC温度下干燥4小时，随炉冷却。取出样 品，用宽带C02激光进行双面烧结，烧结过程中，宽带激光输出功率为450W，扫描速度为 150mm/min，光斑面积为14X2mm2，离焦量为315mm;即制得钛酸锶钡电子功能陶瓷。 本发明的实施例2:所用材料BaC03、 SrC03、和Ti02 (纯度均为99%以上)。 称取BaCO;j、 SrC03和Ti02，按BaC。3 : SrC03 : Ti02=0. 9 : 0. 1 : l的摩尔比混合，并进行 烘干。烘干后将混合粉末用球磨机干磨3小时，然后加适量的去离子水湿磨5小时。取出烘干 ，加入5%聚乙烯醇溶液作为粘结剂进行塑化、造粒，在25MPa压力下压坯，保压5min。生坯 在8(TC温度下干燥1小时，再在35(TC温度下干燥4小时，随炉冷却。取出样品，用宽带C02激 光直接烧结，烧结过程中，宽带激光输出功率为450W，扫描速度为150mm/min，光斑面积为14 X2mm2，离焦量为315mm;即制得钛酸锶钡电子功能陶瓷。
本发明的实施例3:称取BaC03、 SrC03和Ti02，按BaC。3 : SrC03 : Ti02=0. 05 : 0. 95 : l的 摩尔比混合，其余操作同实施例2，制得钛酸锶钡电子功能陶瓷。
权利要求
1.一种激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的材料，其特征在于它是由摩尔比为(1-x)∶x∶1的碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛组成的，其中x表示摩尔质量分数，0＜x＜1。
2 按照权利要求l所述激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的材料，其特 征在于所述碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛的纯度均为99%以上。
3 用权利要求1或2所述材料采用激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的 方法，其特征在于按摩尔比称取碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛，混合，烘干，用球磨机干磨 3小时，然后加适量去离子水湿磨5小时，取出烘干，加粘结剂塑化、造粒，在25MPa压力下 压坯，保压5min;生坯在8(TC温度下干燥1小时，再在35(TC温度下干燥4小时，随炉冷却； 取出样品，用宽带C02激光直接烧结，即制得钛酸锶钡电子功能陶瓷。
4 按照权利要求3所述激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的方法，其特 征在于C02激光烧结过程中，宽带激光密度为0.25kW/cm2 0.35kW/cm2，采用双面烧结。
5 按照权利要求3或4所述激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的方法， 其特征在于C02激光烧结过程中，宽带激光输出功率为450W，扫描速度为150mm/min，光斑 面积为14X2mm2，离焦量为315mm。
6 按照权利要求3所述激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的方法，其特 征在于所用的粘结剂是浓度为5%的聚乙烯醇溶液。
7 按照权利要求6所述激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的方法，其特 征在于所述聚乙烯醇的聚合度为1750。
全文摘要
本发明公开了一种激光制备钛酸锶钡电子功能陶瓷的材料及方法，材料是由摩尔比为(1-x)∶x∶1的碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛组成的，其中x表示摩尔质量分数，0＜x＜1；将所用材料进行混合、球磨、塑化、造粒、压坯、排胶，再用CO<sub>2</sub>激光进行烧结，即制得钛酸锶钡电子功能陶瓷。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，激光烧结制得的钛酸锶钡电子功能陶瓷具有晶粒细小、气孔率小、致密度高、可靠性高、安全、节电等优点。另外，钛酸锶钡是钛酸钡和钛酸锶完全的固溶体，其连续固溶性可使陶瓷的介电和光学性能在Ba/Sr物质的量比为0～1的范围连续调节；同时可以通过调整Ba/Sr的比例获得介电常数大、介电损耗小的电子功能陶瓷。
文档编号C04B35/468GK101302100SQ20081030242
公开日2008年11月12日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者刘其斌, 刘金鑫, 微 曲, 温明旺 申请人:贵州大学