一种介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法。该方法以分析纯BaCO3，SrCO3，CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSr1-xTiO3配料，其中x＝0.3～0.8，CeO2添加量为BST的0～1wt.%；将配好的料装入球磨罐内粉磨30小时；将粉磨后的产物在1000℃下煅烧2小时；然后等静压成型；在1100℃下保温2小时，得到钛酸锶钡陶瓷。本发明采用机械力化学法制备陶瓷样品，通过氧化铈来调节其介电常数，可以在低温下制备出介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料。
【专利说明】一种介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子材料【技术领域】，尤其涉及一种介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法。
【背景技术】
[0002]钛酸锶钡(BST)是钛酸钡(BaTiO3)和钛酸锶(SrTiO3)的固溶体，是一种具有典型的ABO3钙钛矿结构的铁电材料，因具有较高的介电常数、低的介电损耗和小的漏电流、大的介电可调性及较高的热释电系数等优点在动态随机存储器、集成微波电器、红外探测器等领域具有广阔的应用前景。
[0003]由于纯的BST陶瓷具有机械性能差、介电损耗较大、漏电流大、居里峰较窄、热释电性表现等不足，研究者们普遍采用掺杂改性来提高BST的综合性能。对ABO3型钙钛矿结构的BST来说，掺杂分为A位的施主掺杂和B位的受主掺杂。A位掺杂的施主离子主要包括:Ce4+，Dy3+，La3+，Sm3+，Nd3+，Pr3+等，A位掺杂能较大改变BST的微观形貌、介电性和热释电性；B位掺杂的受主离子包括=Al3+, Cr3+，K+，Fe3+，Fe2+，Mn3+，Mn2+，Mg2+，Y3+等。各类掺杂元素都使BST陶瓷材料的性能有一定的优化效果，使BST材料的介电调谐率增加、漏电流减小、介电损耗较低和热释电性提闻等。
[0004]若使用传统陶 瓷制备工艺制备的钛酸锶钡陶瓷，最终烧结温度要在1380°C~1400°C，即使采用化学方法制备粉体后，其烧结温度也在1300°C以上。值得注意的是，本发明采用机械力化学法，机械力化学法是通过高能球磨实现的超细粉碎过程使固体颗粒晶粒细化，产生微裂纹、晶格畸变、表面能升高、反应能力增强，从而实现低温化学反应。
[0005]本发明涉及一种介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法，首先采用机械力化学法降低钛酸锶钡的烧结温度，其次，通过氧化铈掺杂来调节其介电常数，从而实现低温下制备介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料，为其进一步应用打下基础。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法。该方法采用机械力化学法，并通过氧化铈掺杂来调节其介电常数，实现了低温下制备介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料。
[0007]本发明采用如下技术方案:
[0008]本发明的介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法的具体步骤如下:
[0009](a)以BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSr1-JiO3配料，其中χ = 0.3 ~0.8, CeO2 添加量为 BaxSr1^TiO3 的 O ~Iwt.% ；
[0010](b)将配好的物料放入球磨罐中，球磨时间为20~40小时；
[0011](c)将球磨后的物料在900-1100°C下煅烧I~3小时，取出后再球磨4~6小时，过筛；
[0012](d)将过筛后的物料在150~250MPa下等静压成型，得到直径为12mm，厚度为I~1.5mm的圆片；
[0013] (e)将成型后的圆片在1050~1150°C下保温2~3小时，得到钛酸锶钡陶瓷。
[0014]步骤(a)中，BaCO3,SrCO3, CeO2 和 TiO2 为分析纯。
[0015]步骤(a)中，其中，优选x=0.4。
[0016]步骤(a)中，优选CeO2 添加量为 BaxSr1-JiO3 的 0.4wt.%。
[0017]步骤(b )中，优选球磨时间为30小时。
[0018]步骤(b)和步骤(C)中,球磨机采用行星磨或振动磨。
[0019]行星磨机的操作参数为公转转速200~300r/min，自转转速150~250r/min，球料比为20~30: I。
[0020]步骤(c )中，优选将球磨后的物料在1000 V下煅烧2小时。
[0021]步骤(d)中，优选将过筛后的物料在200MPa下等静压成型。
[0022]步骤(e)中，优选将成型后的圆片在1100 C下保温2~3小时。
[0023]本发明的介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法采用机械力化学法降低钛酸锶钡的烧结温度，通过氧化铈掺杂来调节其介电常数，从而实现低温下制备介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为掺杂不同含量氧化铈的钛酸锶钡陶瓷的X射线衍射图谱(XRD)。
[0025]图2为掺杂不同含量氧化铈的钛酸锶钡陶瓷的介电常数和介电损耗图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]以下结合附图1~2和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0028]实施例1:
[0029]首先，以分析纯BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量为BST的Owt.%称量，将称好的物料放入球磨罐中，按不锈钢球:料为20: I的比例混料球磨，球磨时间为30小时，磨机的操作参数为公转转速250r/min,自转转速200r/min ;将球磨好的料在1000°C温度下煅烧2小时，取出后再球磨4小时，过筛；再在200MPa下等静压成型，得到直径为12mm，厚度为1.2mm的圆片；将成型后的圆片在1100°C下保温2小时，得到钛酸锶钡陶瓷，记为1#样品。利用X射线衍射仪对1#样品进行物相结构分析；利用阻抗分析仪和网络分析仪测试1#样品的介电常数和介电损耗。测试结果见图1~2所示。
[0030]图1中包括掺杂Owt.%氧化铈的钛酸锶钡陶瓷的X射线衍射图谱，从图1中可以看出，所制备的陶瓷没有其他杂相，结果表明，利用本发明的方法制备的钛酸锶钡陶瓷材料在相对较低的温度(IlO(TC)煅烧即可生成钛酸锶钡陶瓷。从图2中可以看出，其介电常数和介电损耗分别为1610和0.088。
[0031]实施例2:[0032]首先，以分析纯BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量为BST的0.2wt.%称量，将称好的物料放入球磨罐中，按不锈钢球:料为20: I的比例混料球磨,球磨时间为30小时,磨机的操作参数为公转转速250r/min,自转转速200r/min ;将球磨好的料在1000°C温度下煅烧2小时，取出后再球磨4小时，过筛；再在200MPa下等静压成型，得到直径为12mm，厚度为1.2mm的圆片；将成型后的圆片在1100°C下保温2小时，得到钛酸锶钡陶瓷，记为2#样品。利用X射线衍射仪对2#样品进行物相结构分析；利用阻抗分析仪和网络分析仪测试2#样品的介电常数和介电损耗。测试结果见图1~2所示。
[0033]图1中包括掺杂0.2wt.%氧化铈的钛酸锶钡陶瓷的X射线衍射图谱，从图1中可以看出，所制备的陶瓷没有其他杂相，结果表明，利用本发明的方法制备的钛酸锶钡陶瓷材料在相对较低的温度(IlO(TC)煅烧即可生成钛酸锶钡陶瓷。从图2中可以看出，其介电常数和介电损耗分别为1250和0.071。
[0034]实施例3:
[0035]首先，以分析纯BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量为BST的0.4wt.%称量，将称好的物料放入球磨罐中，按不锈钢球:料为20: I的比例混料球磨,球磨时间为30小时,磨机的操作参数为公转转速250r/min,自转转速200r/min ;将球磨好的料在1000°C温度下煅烧2小时，取出后再球磨4小时，过筛；再在200MPa下等静压成型，得到直径为12mm，厚度为1.2mm的圆片；将成型后的圆片在1100°C下保温2小时，得到钛酸锶钡陶瓷，记为3#样品。利用X射线衍射仪对3#样品进行物相结构分析；利用阻抗分析仪和网络分析仪测试3#样品的介电常数和介电损耗。测试结果见 图1~2所示。
[0036]图1中包括掺杂0.4wt.%氧化铈的钛酸锶钡陶瓷的X射线衍射图谱，从图1中可以看出，所制备的陶瓷没有其他杂相，结果表明，利用本发明的方法制备的钛酸锶钡陶瓷材料在相对较低的温度(IlO(TC)煅烧即可生成钛酸锶钡陶瓷。从图2中可以看出，其介电常数和介电损耗分别为1245和0.086。
[0037]实施例4:
[0038]首先，以分析纯BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量为BST的0.6wt.%称量，将称好的物料放入球磨罐中，按不锈钢球:料为20: I的比例混料球磨,球磨时间为30小时,磨机的操作参数为公转转速250r/min,自转转速200r/min ;将球磨好的料在1000°C温度下煅烧2小时，取出后再球磨4小时，过筛；再在200MPa下等静压成型，得到直径为12mm，厚度为1.2mm的圆片；将成型后的圆片在1100°C下保温2小时，得到钛酸锶钡陶瓷，记为4#样品。利用X射线衍射仪对4#样品进行物相结构分析；利用阻抗分析仪和网络分析仪测试4#样品的介电常数和介电损耗。测试结果见图1~2所示。
[0039]图1中包括掺杂0.6wt.%氧化铈的钛酸锶钡陶瓷的X射线衍射图谱，从图1中可以看出，所制备的陶瓷没有其他杂相，结果表明，利用本发明的方法制备的钛酸锶钡陶瓷材料在相对较低的温度(IlO(TC)煅烧即可生成钛酸锶钡陶瓷。从图2中可以看出，其介电常数和介电损耗分别为1400和0.078。
[0040]实施例5:[0041]首先，以分析纯BaCO3, SrCO3, CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSivxTiO3配料，其中X = 0.4，CeO2添加量为BST的1.0wt.%称量，将称好的物料放入球磨罐中，按不锈钢球:料为20: 1的比例混料球磨,球磨时间为30小时,磨机的操作参数为公转转速250r/min,自转转速200r/min ;将球磨好的料在1000°C温度下煅烧2小时，取出后再球磨4小时，过筛；再在200MPa下等静压成型，得到直径为12mm，厚度为1.2mm的圆片；将成型后的圆片在1100°C下保温2小时，得到钛酸锶钡陶瓷，记为5#样品。利用X射线衍射仪对5#样品进行物相结构分析；利用阻抗分析仪和网络分析仪测试5#样品的介电常数和介电损耗。测试结果见图1~2所示。
[0042]图1中包括掺杂1.0wt.%氧化铈的钛酸锶钡陶瓷的X射线衍射图谱，从图1中可以看出，所制备的陶瓷没有其他杂相，结果表明，利用本发明的方法制备的钛酸锶钡陶瓷材料在相对较低的温度(IlO(TC)煅烧即可生成钛酸锶钡陶瓷。从图2中可以看出，其介电常数和介电损耗分 别为1320和0.084。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种介电常数可控的钛酸锶钡陶瓷材料的低温制备方法，其特征在于:所述方法的具体步骤如下:(a)以BaCO3,SrCO3, CeO2和TiO2为原料，按照化学计量比BaxSr1^xTiO3配料，其中χ =`0.3 ~0.8，CeO2 添加量为 BaxSr1-JiO3 的 O ~Iwt.% ； (b)将配好的物料放入球磨罐中，球磨时间为20~40小时； (c)将球磨后的物料在900-1100°C下煅烧I~3小时，取出后再球磨4~6小时，过筛； (d)将过筛后的物 料在150~250MPa下等静压成型，得到直径为12mm，厚度为I~`1.5mm的圆片； (e)将成型后的圆片在1050~1150°C下保温2~3小时，得到钛酸锶钡陶瓷。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(a)中，BaCO3,SrCO3, CeO2和TiO2为分析纯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(a)中,其中，x=0.4。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(a)中，CeO2添加量为BaxSivxTiO3的 0.4wt.%。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(b)中，球磨时间为30小时。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(b)和步骤(c)中，球磨机采用行星磨或振动磨。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于:行星磨机的操作参数为公转转速200~300r/min，自转转速150~250r/min，球料比为20~30: I。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(c)中，将球磨后的物料在1000°C下煅烧2小时。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(d)中，将过筛后的物料在200MPa下等静压成型。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(e)中，将成型后的圆片在1100°C下保温2~3小时。
【文档编号】C04B35/468GK103922731SQ201410089826
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】罗驹华, 王旭, 许剑光, 徐风广 申请人:盐城工学院