温度稳定型无铅陶瓷制备方法
【专利说明】—种Ba
C0.9-x)^r0.1
MgxT i 03温度稳定型无铅陶瓷制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及功能陶瓷领域，尤其是一种Ba(a9_x)SraiMgxTi03温度稳定型无铅陶瓷制备方法。
【背景技术】
[0002]材料是社会技术进步的物质基础，能源、信息、新材料占有现代文明进程中三大支柱地位。新材料中的功能陶瓷材料近年来被广泛的应用，尤其是具有优越特性的功能材料受到科技界的高度重视。随着科技发展的进步，材料的要求被不断的提高，电子设备不仅需要小型化、环境友好化，而且所处的工作环境要求也非常苛刻，例如航空航天、石油钻探等领域的工作环境温度不同于常规工作温度。所以，开发在很宽的温度范围内依然保持较高且稳定的电容值的无铅陶瓷电容器显得尤为重要。
[0003]目前，使用较多的是含铅的铁电材料，但是由于含铅的氧化物对人体的健康不利，对环境的污染严重，所以为了环保化，开发无铅的高温度稳定型陶瓷电容器成为各国关注的问题。BaT13陶瓷在室温附近的铁电特性使其具有非常高的介电常数，是一种良好的铁电陶瓷，因而成为高性能陶瓷电容器的首选介电材料。近年来，在BaT13陶瓷的基础上，科学家通过改性掺杂发现(Ba，Sr) T13陶瓷具有更为优越的性能；(Ba，Sr) T13陶瓷以本身高于8&1103陶瓷的介电常数、非常高的储能特性，成为活跃在科研和生产线上的优质储能功能陶瓷。但是，(Ba，S1T13陶瓷介电常数在居里点附近有较大的突变，具有温度稳定型差的缺陷，从而使它的应用范围被局限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种具有较高介电常数的Ba(a9_x)Sr。.^gxT i O3温度稳定型无铅陶瓷制备方法。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]包括以下步骤:
[0007]I)取SrT13前驱体溶液和BaT1 3前驱体溶液混合均匀，然后加入MgCl 2混合均匀，再进行水热反应生成沉淀，将沉淀清洗后进行干燥，得到粉体；其中SrTi03、BaT1^MgCl2的摩尔比为a (0.9-x):0.1b:x，其中x = 0.001?0.02，a和b为系数，且a = 1.5?2.5，b = I ?2 ;
[0008]2)将步骤I)得到的粉体经过研磨、造粒和压片成型后，在1200?1300°C进行烧结，制得Ba (ο.9_x) Sr0.1MgxT i O3温度稳定型无铅陶瓷。
[0009]所述步骤I)中SrT13前驱体溶液的制备步骤包括:
[0010]首先将第一份KOH溶液加入Sr (NO3) 2溶液中混合均匀，其中Sr (NO 3) 2和KOH的摩尔比为1: (I?1.5)，得到混合溶液A ;同时将11(:14逐滴加入第二份KOH溶液中混合均匀，其中TiCl4和KOH的摩尔比为1: (3?4)，得到混合溶液B ;再按Sr (NO 3)2和TiCl 4的摩尔比为1: (0.8?1.2)，取混合溶液A和混合溶液B混合均匀，得到SrT13前驱体溶液。
[0011]所述的第一份KOH溶液和第二份KOH溶液的浓度均为4?5mol/L ;所述的Sr (NO3)2溶液的浓度为1.5mol/Lo
[0012]所述步骤I)中BaT13前驱体溶液的制备步骤包括:
[0013]首先将11(:14逐滴加入BaCl 2溶液中混合均匀，其中BaCl 2和TiCl 4的摩尔比为1: (0.6?0.8)，得到混合溶液C ;再将KOH加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩尔比为1: (5?10)，得到BaT13前驱体溶液。
[0014]所述步骤I)中加入18(:12后使用磁力搅拌器搅拌I?4h后再进行水热反应。
[0015]所述步骤I)中水热反应生成的沉淀用去离子水清洗直到pH值为5?7后进行干燥。
[0016]所述步骤I)中干燥工艺为在60?80°C保温8?24h。
[0017]所述步骤2)中的粉体在造粒后排胶，再进行压片成型。
[0018]所述步骤2)中烧结的方式为微波烧结，烧结时间为3?lOmin。
[0019]所述步骤2)中烧结工艺为:在微波马弗炉中，首先由室温升温至900°C，升温速率为15?30°C /min ;后由900°C升温至1200?1300°C，升温速率为20?30°C，保温3?1min ;最后随炉冷却至室温。
[0020]本发明以氯化镁为镁源，以(Ba，S1T13陶瓷这种高介电常数、良好的储能材料为依托，在其中掺杂Mg2+，化学组成简单符合工业化生产需求，掺杂物质简单易得；通过水热法制备出粉体，反应完成后将所得粉体，经过研磨、造粒、压制后再进行烧结，制得温度稳定型陶瓷电容器电介质材料，所得陶瓷材料通过扫描电子显微镜测试分析和介电常数-温度测试分析，可以看出，本发明制备方法制得的Baftl.9_x) Sr0.WgxT13陶瓷具有较高的介电常数且保证温度稳定性，晶粒均匀、致密，不含Pb等有害化合物，符合绿色电子材料制造的要求；且在水热法制备过程中SrT1jP BaT1 3的摩尔比采用系数加以修正，能够合成纯相的Ba0.9_SrQ.^(^粉体，利于制得Ba ((Hx)Sra WgxT1^度稳定型无铅陶瓷。所以本发明提供了一种具有较高介电常数，同时具有环境友好、化学组成简单便于生产的Ba(a9_x)SraiMg J13温度稳定型无铅陶瓷的制备方法。
【附图说明】
[0021]图1是采用本发明制备Ba(Q.9_x)SraiMgxT1^瓷样品的步骤和条件(不添加氯化镁)，得到的Ba。.9Sr0.J13粉体X射线衍射(XRD)图；
[0022]图2是由本发明制备的Ba(Q.9_x)SrQ.WgxT13陶瓷样品扫描电子显微镜(SEM)图；
[0023]图3是由本发明制备的Baftl.9_x)Sr。.^gxT13陶瓷样品的介电常数随温度变化图谱。
【具体实施方式】
[0024]本发明陶瓷的具体制备步骤如下:
[0025]步骤1:将浓度为4?5mol/L的第一份氢氧化钾(KOH)溶液加入浓度为1.5mol/L的硝酸锶(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的摩尔比为1: (I?1.5);同时将四氯化钛(TiCl4)逐滴加入另配的浓度也为4?5mol/L的第二份氢氧化钾(KOH)溶液中，混合均匀得到混合溶液B，在混合溶液B中，TiCl4iKOH的摩尔比为1: (3?4);再按Sr (NO3) 2和TiCl 4的摩尔比为1: (0.8?1.2)，取混合溶液A和混合溶液B混合，搅拌均匀得到SrT13前驱体溶液；
[0026]步骤2:将四氯化钛(TiCl4)逐滴加入氯化钡(BaCl2.2Η20)溶液中混合均匀，其中BaClJP TiCl 4的摩尔比为1: (0.6?0.8)，得到混合溶液C ;再将氢氧化钾(KOH)加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩尔比为1: (5?10)，得到BaT1 3前驱体溶液；
[0027]步骤3:将步骤I制得的SrT13前驱体溶液和步骤2制得的BaT1 3前驱体溶液混合，搅拌均匀后加入氯化镁(MgCl2)，使用磁力搅拌器搅拌I?4h混合均匀后，得到混合溶液D，其中混合溶液D中SrT13' BaT13和MgCl 2的摩尔比为a(0.9-χ):0.1b:x，其中x =0.001?0.02 ;a = 1.5?2.5，b = I?2，将混合溶液D倒入水热釜中进行水热反应，生成沉淀，将沉淀用去离子水清洗直到趋于中性或弱酸性，具体是pH值为5?7，之后经过60?80°C保温8?24h的干燥工艺，得到粉体；
[0028]步骤4:将得到的粉体经过研磨、造粒、排胶和压片成型工艺，在微波马弗炉中，首先由室温升温至900 °C，升温速率为15?30°C /min ;后由900 °C升温至1200?1300 °C，升温速率为20?30°C，进行烧结3?1min ;最后随炉冷却至室温，制得Ba(a9_x)Sra^gxT13温度稳定型无铅陶瓷。
[0029]本发明一种Ba(a9_x)Sra^gxT13温度稳定型无铅陶瓷制备方法，以氢氧化钾(KOH)为制备钛酸锶钡((Ba，Sr)T13)的矿化剂，氯化镁(MgCl2)为镁源，通过水热法制备出粉体；反应完成后将所得粉体，经过研磨、造粒、压制后再进行烧结，制得温度稳定型陶瓷电容器电介质材料。本发明无铅陶瓷电容器介质材料具有较低的成本，较高的介电常数并其温度稳定性好，和环境友好等特点，可用于航空航天、石油钻探等领域。至少具有以下优点:化学组成简单符合工业化生产需求，掺杂物质简单易得，所得陶瓷材料具有较高的介电常数且保证温度稳定性，不含Pb等有害化合物，符合绿色电子材料制造的要求。
[0030]实施例一
[0031]步骤1:将浓度为4mol/L的第一份KOH溶液加入浓度为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的摩尔比为1:1.2 ;同时将TiCl 4逐滴加入另配的浓度为5mol/L的第二份KOH溶液中，混合均匀得到混合溶液B，在混合溶液B中，TiCl4iKOH的摩尔比为1:4 ;再按Sr (NO 3) 2和TiCl 4的摩尔比为1: 0.8，取混合溶液A和混合溶液B混合，搅拌均匀得到SrT13前躯体溶液；
[0032]步骤2:将11(:14逐滴加入BaCl 2溶液中混合均匀，其中BaCl 2和TiCl 4的摩尔比为I: 0.6，得到混合溶液C ;再将KOH加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩尔比为1: 5，得到BaT13前躯体溶液；
[0033]步骤3:将步骤I制得的SrT13前驱体溶液和步骤2制得的BaT1 3前驱体溶液混合，搅拌均匀后加入MgCl2,使用磁力搅拌器搅拌Ih混合均匀后，得到混合溶液D，其中混合溶液 D 中 51*1103、831103和]\%(:12的摩尔比为&(0.9-x):0.1b:x，其中 x = 0.001 ；a = 1.5，b = 1，将混合溶液D倒入水热釜中进行水热反应，生成沉淀，将沉淀用去离子水清洗直到趋于中性或弱酸性，具体是pH值为5?7，之后经过60°C保温24h的干燥工艺，得到粉体；
[0034]步骤4:将粉体经过研磨、造粒、排胶和压片成型工艺，在微波马弗炉中，首先由室温升温至900 °C，升温速率为15°C /min ;后由900 °C升温至1200 °C，升温速率为24°C，进行烧结3min ;最后随炉冷却至室温，制得Baa(^99SraiMga(^llT13温度稳定型无铅陶瓷。
[0035]实施例二
[0036]步骤1:将浓度为4.9mol/L的第一份KOH溶液加入浓度为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的摩尔比为1:1.4 ;同时将TiCl 4逐滴加入另配的浓度为4.9mol/L的第二份KOH溶液中，混合均匀得到混合溶液B，在混合溶液B中，TiCl4:K0H的摩尔比为1:3.5 ;再按Sr (NO 3)2和TiCl 4的摩尔比为1:0.9，取混合溶液A和混合溶液B混合，搅拌均匀得到SrT13前躯体溶液；
[0037]步骤2:将11(:14逐滴加入BaCl 2溶液中混合均匀，其中BaCl 2和TiCl 4的摩尔比为I: 0.7，得到混合溶液C ;再将KOH加入混合溶液C中，其中BaCljP KOH的摩尔比为1: 6，得到BaT13前躯体溶液；
[0038]步骤3:将步骤I制得的SrT13前驱体溶液和步骤2制得的BaT1 3前驱体溶液混合，搅拌均匀后加入MgCl2,使用磁力搅拌器搅拌2h混合均匀后，得到混合溶液D，其中混合溶液 D 中 51*1103、831103和]\%(:12的摩尔比为&(0.9-x):0.1b:x，其中 x =