专利名称：钛酸锶钡厚膜材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种厚膜材料的制备方法，特别涉及一种钛酸锶钡(以下简称BST)厚 膜材料的制备方法。
背景技术：
铁电厚膜材料是一种价格低廉，可以工作在射频波段，且具有一定的抗不良的电磁环境能力的新型调谐材料，用于制备军用移相器。它的优势在于一方面，厚膜材料较体 材厚度已经大大降低，所需的驱动电压亦大大降低，可用于微波电路设计；另一方，厚膜材 料较薄膜材料有更低的表面应力，材料的介电特性和抗老化能力得到保证，提高了移相器 在不良的电磁环境中的生存能力。而钛酸锶钡(Bai-XSrXTi03)系列固溶体由于其微波调 谐率大和微波损耗低而被认为是铁电移相器的候选材料。文献"Wuxing Zhang, Lihong Xue, Xuecheng Zhou et al. , Fabrication of PatternedBa0 71Sr0 29Ti03thick film on Si substrate by tape casting method, Journal of the EuropeanCeramic Society 26 (2006) 2793-2798” 公开了一种钛酸锶钡厚膜材料的 制备方法，该方法在800°C 1250°C烧结2h，在硅基底上制备出了 BST厚膜材料，由于基底 的耐热温度有限，BST厚膜材料无法达到致密，致使材料的性能恶化，引起介电损耗较高，大 约在0. 02左右。
发明内容
为了克服现有技术方法制备的带有基底的钛酸锶钡厚膜材料电学性能差的不足， 本发明提供一种钛酸锶钡厚膜材料的制备方法，采用流延法制备的无基底的钛酸锶钡厚膜 材料，可以提高钛酸锶钡厚膜材料的电学性能。本发明解决其技术问题所采用的技术方案一种钛酸锶钡厚膜材料的制备方法， 其特点是包括下述步骤由醋酸钡、氢氧化锶、钛酸四正丁酯、冰醋酸、乙二醇甲醚、乙酰丙 酮制备，醋酸钡氢氧化锶钛酸四正丁酯的重量比为3 2 15，冰醋酸乙二醇甲醚 乙酰乙酮的体积比为2 4 1 ；(a)将氢氧化锶加入到冰醋酸中，在70 90°C水浴搅拌条件下加热溶解，待溶液 变为陈清的溶液，再将醋酸钡加入，然后加入乙二醇甲醚溶液作为溶剂，搅拌5 15min，再 将钛酸四正丁酯逐滴加入，搅拌20 40min后，缓慢加入乙酰丙酮，随后加热搅拌1 5h， 加入少许的去离子水，加热搅拌获得BST凝胶；(b)所得BST凝胶在100 140°C烘干，经研磨过筛后以3 5°C /min的升温速率 分别在750 900°C保温热处理2 5h，合成纯相的BST纳米粉体；(c)将BST纳米粉体乙醇二甲苯三油酸甘油酯=60 10 20 1进行磨 混合20 30h ；(d)将第一次球磨后的浆料聚乙二醇邻苯二甲酸二正幸酯聚乙烯醇缩丁 醛环己烷=120 4. 7 4. 7 6. 8 1进行二次球磨混合20 30h ；
(e) 二次球磨混合后的浆料经过筛后进行流延成型；(f)流延成型后的素坯经自然干燥20 40min后，从膜带上揭下、切割后，进行 1200 1350°C的高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。本发明的有益效果是由于采用流延法制备出了无基底的钛酸锶钡厚膜材料，钛 酸锶钡厚膜材料的介电损耗由大约0. 02降低到0. 02以下，提高了钛酸锶钡厚膜材料的电 学性能，而且钛酸锶钡厚膜材料的致密度高、粒度均勻。下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图1是采用本发明方法制备的BST素坯在不同温度热处理后的XRD图。图2是实施例5的法制备的BST素坯表面和截面SEM图。图3是采用本发明方法制备钛酸锶钡厚膜材料时，不同温度烧结下厚膜的频谱特 性曲线。
具体实施例方式实施例1，将Imol氢氧化锶加入到300ml冰醋酸中，在80°C水浴搅拌条件下加热 溶解。待溶液变为陈清的溶液，再将1. 5mol醋酸钡加入。而后加入600ml乙二醇甲醚溶 液作为溶剂，搅拌lOmin。称取7. 5mol钛酸四正丁酯逐滴加入溶液，搅拌30min后，缓慢加 入150ml乙酰丙酮。随后加热搅拌3h。最后，加入50ml去离子水，搅拌加热以获得BST凝 胶。将得到的BST凝胶在120°C烘干，经研磨过筛后以1°C /min的升温速率在800°C保温 热处理3h，合成纯相的BST纳米粉体。称取60g制得的钛酸锶钡粉体，加入IOg作为溶剂 的乙醇，20g 二甲苯和Ig作为分散剂的三油酸甘油酯，然后球磨混合24h球磨后的浆料再 加入2. 35g作为粘结剂的聚乙二醇(PEG20000)，2. 35g作为增塑剂的邻苯二甲酸二正幸酯 (DBP)，3. 4g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和0. 5g作为均化剂的环己烷进行二次球磨混合24h。 混合后的浆料经过过筛处理滤去存在的大的颗粒物后进行流延成型，流延成型后的素坯经 自然干燥30min后，从膜带上揭下，将其保存在干燥箱中；素坯经干燥切割成2cmX 2cm大小 后，进行1200°C的高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。用Hitach S-530扫描电镜、V pert Pro X射线衍射仪、Aglient4294A分别测试样品的表面形貌、物相分析和介电性能。实施例2，将Imol氢氧化锶加入到300ml冰醋酸中，在75°C水浴搅拌条件下加热 溶解。待溶液变为陈清的溶液，再将1. 5mol醋酸钡加入。而后加入600ml乙二醇甲醚溶 液作为溶剂，搅拌5min。称取7. 5mol钛酸四正丁酯逐滴加入溶液，搅拌20min后，缓慢加 入150ml乙酰丙酮。随后加热搅拌lh。最后，加入50ml去离子水，搅拌加热以获得BST凝 胶。将得到的BST凝胶在100°C烘干，经研磨过筛后以2°C /min的升温速率在750°C保温 热处理2h，合成纯相的BST纳米粉体。称取60g制得的钛酸锶钡粉体，加入IOg作为溶剂 的乙醇，20g 二甲苯和Ig作为分散剂的三油酸甘油酯，然后球磨混合20h球磨后的浆料再 加入2. 35g作为粘结剂的聚乙二醇(PEG20000)，2. 35g作为增塑剂的邻苯二甲酸二正幸酯 (DBP), 3. 4g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和0. 5g作为均化剂的环己烷进行二次球磨混合20h。混 合后的浆料经过过筛处理滤去存在的大的颗粒物后进行流延，流延成型后的素坯经自然干 燥20min后，从膜带上揭下，将其保存在干燥箱中；素坯经干燥切割成2cmX2cm大小后，进行1250°C的高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。用Hitach S-530扫描电镜、X，pert Pro X 射线衍射仪、Aglient 4294A分别测试样品的表面形貌、物相分析和介电性能。实施例3，将Imol氢氧化锶加入到300ml冰醋酸中，在85°C水浴搅拌条件下加热溶解。待溶液变为陈清的溶液，再将1. 5mol醋酸钡加入。而后加入600ml乙二醇甲醚溶 液作为溶剂，搅拌8min。称取7. 5mol钛酸四正丁酯逐滴加入溶液，搅拌25min后，缓慢加 入150ml乙酰丙酮。随后加热搅拌2h。最后，加入50ml去离子水，搅拌加热以获得BST凝 胶。将得到的BST凝胶在110°C烘干，经研磨过筛后以3°C /min的升温速率在850°C保温 热处理4h，合成纯相的BST纳米粉体。称取60g制得的钛酸锶钡粉体，加入IOg作为溶剂 的乙醇，20g 二甲苯和Ig作为分散剂的三油酸甘油酯，然后球磨混合26h球磨后的浆料再 加入2. 35g作为粘结剂的聚乙二醇(PEG20000)，2. 35g作为增塑剂的邻苯二甲酸二正幸酯 (DBP), 3. 4g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和0. 5g作为均化剂的环己烷进行二次球磨混合26h。混 合后的浆料经过过筛处理滤去存在的大的颗粒物后进行流延，流延成型后的素坯经自然干 燥25min后，从膜带上揭下，将其保存在干燥箱中；素坯经干燥切割成2cmX2cm大小后，进 行1275°C的高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。用Hitach S-530扫描电镜、X，pert Pro X 射线衍射仪、Aglient4294A分别测试样品的表面形貌、物相分析和介电性能。实施例4，将Imol氢氧化锶加入到300ml冰醋酸中，在70°C水浴搅拌条件下加热 溶解。待溶液变为陈清的溶液，再将1. 5mol醋酸钡加入。而后加入600ml乙二醇甲醚溶 液作为溶剂，搅拌13min。称取7. 5mol钛酸四正丁酯逐滴加入溶液，搅拌35min后，缓慢加 入150ml乙酰丙酮。随后加热搅拌4h。最后，加入50ml去离子水，搅拌加热以获得BST凝 胶。将得到的BST凝胶在130°C烘干，经研磨过筛后以4°C /min的升温速率在810°C保温 热处理3h，合成纯相的BST纳米粉体。称取60g制得的钛酸锶钡粉体，加入IOg作为溶剂 的乙醇，20g 二甲苯和Ig作为分散剂的三油酸甘油酯，然后球磨混合28h球磨后的浆料再 加入2. 35g作为粘结剂的聚乙二醇(PEG20000)，2. 35g作为增塑剂的邻苯二甲酸二正幸酯 (DBP), 3. 4g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和0. 5g作为均化剂的环己烷进行二次球磨混合28h。混 合后的浆料经过过筛处理滤去存在的大的颗粒物后进行流延，流延成型后的素坯经自然干 燥35min后，从膜带上揭下，将其保存在干燥箱中；素坯经干燥切割成2cmX 2cm大小后，进 行1300°C的高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。用Hitach S-530扫描电镜、X，pert Pro X 射线衍射仪、Aglient4294A分别测试样品的表面形貌、物相分析和介电性能。实施例5，将Imol氢氧化锶加入到300ml冰醋酸中，在90°C水浴搅拌条件下加热 溶解。待溶液变为陈清的溶液，再将1. 5mol醋酸钡加入。而后加入600ml乙二醇甲醚溶 液作为溶剂，搅拌15min。称取7. 5mol钛酸四正丁酯逐滴加入溶液，搅拌40min后，缓慢加 入150ml乙酰丙酮。随后加热搅拌5h。最后，加入50ml去离子水，搅拌加热以获得BST凝 胶。将得到的BST凝胶在140°C烘干，经研磨过筛后以5°C /min的升温速率在900°C保温 热处理5h，合成纯相的BST纳米粉体。称取60g制得的钛酸锶钡粉体，加入IOg作为溶剂 的乙醇，20g 二甲苯和Ig作为分散剂的三油酸甘油酯，然后球磨混合30h球磨后的浆料再 加入2. 35g作为粘结剂的聚乙二醇(PEG20000)，2. 35g作为增塑剂的邻苯二甲酸二正幸酯 (DBP), 3. 4g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和0. 5g作为均化剂的环己烷进行二次球磨混合30h。混 合后的浆料经过过筛处理滤去存在的大的颗粒物后进行流延，流延成型后的素坯经自然干 燥40min后，从膜带上揭下，将其保存在干燥箱中；素坯经干燥切割成2cmX2cm大小后，进行1350°C的高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。用Hitach S-530扫描电镜、X，pert Pro X 射线衍射仪、Aglient4294A分别测试样品的表面形貌、物相分析和介电性能。从图2中可以看出，本实施例制备的钛酸锶钡厚膜材料钛酸锶钡颗粒之间相互交 联，晶界明显，没有气孔，晶粒致密。从图1中可以看出，实施例1 5制备的钛酸锶钡厚膜材料完全是纯相的立方钙 钛矿结构。且随热处理温度升高，衍射强度逐渐增加。这主要是因为，随热处理温度的升高， 材料的晶粒逐渐长大。从图3中可以看出，实施例1 5制备的钛酸锶钡厚膜材料介电损耗呈现先减小 后增大的趋势；另外，材料的介电常数随频率的变化非常小，表现了优良的介电特性。总之，本发明通过一种新的工艺，以流延法制备了无基底单层的BST厚膜材料，得 到了致密度高、粒度均勻、电学性质优良的BST厚膜，本发明的钛酸锶钡厚膜适合工业化推 广和大规模生产。
权利要求
一种钛酸锶钡厚膜材料的制备方法，其特点是包括下述步骤由醋酸钡、氢氧化锶、钛酸四正丁酯、冰醋酸、乙二醇甲醚、乙酰丙酮制备，醋酸钡∶氢氧化锶∶钛酸四正丁酯的重量比为3∶2∶15，冰醋酸∶乙二醇甲醚∶乙酰乙酮的体积比为2∶4∶1；(a)将氢氧化锶加入到冰醋酸中，在70～90℃水浴搅拌条件下加热溶解，待溶液变为陈清的溶液，再将醋酸钡加入，然后加入乙二醇甲醚溶液作为溶剂，搅拌5～15min，再将钛酸四正丁酯逐滴加入，搅拌20～40min后，缓慢加入乙酰丙酮，随后加热搅拌1～5h，加入少许的去离子水，加热搅拌获得BST凝胶；(b)所得BST凝胶在100～140℃烘干，经研磨过筛后以3～5℃/min的升温速率分别在750～900℃保温热处理2～5h，合成纯相的BST纳米粉体；(c)将BST纳米粉体∶乙醇∶二甲苯∶三油酸甘油酯＝60∶10∶20∶1进行磨混合20～30h；(d)将第一次球磨后的浆料∶聚乙二醇∶邻苯二甲酸二正幸酯∶聚乙烯醇缩丁醛∶环己烷＝120∶4.7∶4.7∶6.8∶1进行二次球磨混合20～30h；(e)二次球磨混合后的浆料经过筛后进行流延成型；(f)流延成型后的素坯经自然干燥20～40min后，从膜带上揭下、切割后，进行1200～1350℃的高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。
全文摘要
本发明公开了一种钛酸锶钡厚膜材料的制备方法，用于解决现有技术制备方法制备的带有基底的钛酸锶钡厚膜材料电学性能差的技术问题，其技术方案是将醋酸钡、氢氧化锶、钛酸四正丁酯、冰醋酸、乙二醇甲醚、乙酰丙酮进行配料，制备出BST胶体，所得BST胶体进行流延成型后，进行高温烧结，得到钛酸锶钡厚膜材料。由于采用流延法制备出了无基底的钛酸锶钡厚膜材料，钛酸锶钡厚膜材料的介电损耗由大约0.02降低到0.02以下，提高了钛酸锶钡厚膜材料的电学性能，而且钛酸锶钡厚膜材料的致密度高、粒度均匀。
文档编号C04B35/468GK101805179SQ201010117949
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者樊慧庆, 符云飞 申请人:西北工业大学