专利名称：制备钛酸锶系多功能陶瓷的液相涂覆法的制作方法
技术领域：
本发明属于功能陶瓷技术领域，更进一步是涉及到碱金属离子的液相涂覆技术。
钛酸锶(SrTiO3)系电容-压敏电阻多功能陶瓷是一种利用陶瓷晶界效应的半导体陶瓷。为获得其功能，在制备中一般需经过两个重要过程一是晶粒半导化过程;二是晶界形成过程。晶粒半导化通常是掺杂少量施主性添加剂(如Nb2O5，Y2O3等)，在还原性气氛中高温烧结而得以实现;而晶界形成过程是氧以及受主性杂质在晶粒边界的扩散的过程。形成钛酸锶系陶瓷晶界的方法主要有在原材料中直接掺入受主杂质，利用烧结过程中受主杂质在晶界上的偏析形成晶界层。如用Li+作为受主杂质掺杂，低温一次烧成SrTiO3边界层电容器陶瓷(徐保民等，硅酸盐学报，Vol.20，No.1，p.16，1992)。这种方法受主杂质的偏析量和晶界层厚度等难以控制;采用气相扩散法，将已烧成的半导化的陶瓷基体用受主杂质气相扩散进入晶界，形成晶界层。用这种方法，选择能在高温下气化的受主氧化物范围很窄;涂覆热扩散法，即在已烧成的半导化的陶瓷基体表面上涂覆一种或多种受主杂质，在高温下中进行二次热处理。这种方法在制备晶界层电容器陶瓷中使用较普遍。该方法主要涉及两个问题一是涂覆物的选择，二是涂覆方法。用于制备边界层电容器的涂覆物，如Bi2O3、PbO、CuO等(①M.Fujimoto等，J.Am.Ceram.Soc.，Vol.68，No.4，169，1985。②P.E.C.Franken等，J.Am.Ceram.Soc.，Vol.64，No.12，687，1981)均在晶界处形成了绝缘的第二相，而且扩散层较厚，这对陶瓷要有良好的压敏特性是不利的。采用碱金属氧化物Na2O涂覆，能获得较好的电容-压敏特性(M.Fujimoto等，J.Am.Ceram.Soc.，Vol.68，No.11，C-300，1985)。但是，以上的涂覆均为固相涂覆，在陶瓷基片上的涂覆量以及在热处理时的扩散量难以控制和掌握，这样将导致产品性能的一致性和重复性很差。
本发明目的在于为获得高性能的电容-压敏电阻多功能陶瓷提供了一种制备方法，即液相涂覆的方法。该方法能准确地控制涂覆量，有效地控制晶界的形成，以致调节电性能参数，提高产品性能的一致性和重复性。
本发明的关键是在SrTiO3陶瓷的晶界形成过程中采用碱金属离子液相涂覆热扩散技术，其工艺步骤如下第一步用常规方法制备钛酸锶系陶瓷基片，抛磨，称重;
第二步根据基片的重量配置一定浓度的碱金属盐溶液;
第三步将一定量的该碱金属盐溶液涂覆到基片表面，烘干;
第四步在氧气氛中热处理。
本发明中所采用的涂覆物是能溶于水的碱金属盐类。
涂覆前已半导化的SrTiO3陶瓷基片(后面简称基片)用常规的方法获得，即将SrTiO3(99.5mol%)，Nb2O5(0.5mol%)，Al2O3(0.04wt%)，SiO2(0.2wt%)混合，压成φ12mm的圆片，在N2.H2还原性气氛中1400～1450℃烧成，随炉自然冷却。
将基片抛磨到厚度为0.5～2mm，称出每个基片的平均重量，并折算出每个基片所含的SrTiO3的摩尔数。将碱金属盐中的一种或两种按涂覆量为0.2～2.0mol%的比例范围配制成溶液。根据计算出的每个基片所含的SrTiO3的摩尔数确定出每个基片的溶液涂覆量。用吸管，将溶液滴到基片的两个表面上，烘干。然后在900～1200℃。
本发明的实施例1，用Na2CO3作为涂覆物。基片的厚度为1mm，溶液的浓度按碱金属离子的含量(以后简称涂覆浓度)为0.5mol%，每个基片上滴40微升为参考来配制，其溶液的浓度为280克/升。如欲涂覆浓度为0.75mol%，则可在基片上滴60微升的溶液。其涂覆量，热处理条件，以及相对应的电性能参数均例于表1。
表1
本发明的实施例2，用Li2CO3作为涂覆物。其余步骤如实施例1，其涂覆量，热处理条件，以及相对应的电性能参数均例于表2。
表2
表1和表2中所提到的V1mA为阈值电压，α为非线性系数，即α＝1/Log(V10mA/V1mA)(其中V1mA、V10mA为流经陶瓷两端电流为1mA、10mA时的电压)。
本发明采用碱金属离子液相涂覆热扩散技术，陶瓷的压敏特性比较明显;另外，可以不改变基片的组成，只要通过改变涂覆离子种类、涂覆离子浓度以及热处理温度、时间，冷却方式等就可控制晶界的扩散层，从而控制样品的电性能，并在一定的范围内调节电容-压敏陶瓷的电性能参数，这样可使制备工艺简化，产品性能的一致性和重复性大大提高，成本大大降低。
权利要求
1.制备钛酸锶系多功能陶瓷的液相涂覆法，其特征在于，液相涂覆的工艺步骤如下第一步用常规方法制备钛酸锶系陶瓷基片，抛磨，称重；第二步根据基片的重量配置一定浓度的碱金属盐溶液；第三步将一定量的该碱金属盐溶液涂覆到基片表面，烘干；第四步在氧气氛中热处理。
2.如权利要求1所述的液相涂覆法，其特征在于所述的涂覆到基片表面的碱金属盐溶液中碱金属离子的含量为0.2～2.0摩尔百分比。
3.如权利要求1所述的液相涂覆法，其特征在于所述的热处理温度为900～1200℃，保温时间为15～120分钟。
4.制备钛酸锶系多功能陶瓷的液相涂覆法，其特征在于制备钛酸锶系多功能陶瓷所用的涂覆物为能溶于水的碱金属的盐类。
全文摘要
本发明公开一种陶瓷技术领域的制备钛酸锶系多功能陶瓷的液相涂覆法，其工艺步骤为第一步，用常规方法制备钛酸锶陶瓷基片，抛磨，称重；第二步，根据基片的重量配制一定浓度的碱金属盐溶液；第三步，将一定量的碱金属盐溶液涂覆到基片表面，烘干；第四步，在氧气氛中热处理。本发明的涂覆物是能溶于水的碱金属盐类。该方法能准确地控制涂覆量，有效地控制陶瓷的晶界和调节电性能参数，提高产品性能的一致性和重复性。
文档编号C04B41/50GK1111222SQ9411960
公开日1995年11月8日 申请日期1994年12月10日 优先权日1994年12月10日
发明者孟中岩, 邹秦, 陈国岗, 蔡赵辉, 刘阳春, 李建华 申请人:西安交通大学