无铅锆钛酸钡功能陶瓷薄膜的湿化学法制备技术的制作方法

文档序号:3251564阅读:396来源:国知局
专利名称:无铅锆钛酸钡功能陶瓷薄膜的湿化学法制备技术的制作方法
技术领域
本发明涉及一种无铅锆钛酸钡(BZT)功能陶瓷薄膜的制备技术,更确切地说是关于用湿化学方法制备BZT功能陶瓷薄膜,属于功能陶瓷薄膜领域。
本发明的目的是通过下述配制过程实施的1.首先将醋酸钡溶于冰醋酸,控制加热至70℃,搅拌30分钟,得到澄清的醋酸钡溶液。将丙醇锆和钛酸丁酯分别溶于乙二醇甲醚中,且在钛酸丁酯的乙二醇甲醚溶液中加入5%-15%的乙酰丙酮(或冰醋酸)以稳定溶液,搅拌10分钟。再按所需Zr/Ti比,将丙醇锆-乙二醇甲醚和钛酸乙酯-乙二醇甲醚溶液混合搅拌10分钟;最后钡、锆、钛三者比例克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶X∶1-X,(0≤X≤1),将锆钛混合液倒入冷却的醋酸钡溶液中,将得到的锆钛酸钡混合溶液加热至70℃,搅拌30分钟,使溶液水解,最后将配制好的溶液用慢速定性滤纸过滤,去除杂质,从而得到澄清的BZT前驱液。
2.制备BZT薄膜。将上述浓度为0.2-0.3M前驱液甩胶成膜法制膜,选择Pt/Ti/SiO2/Si为基片,甩胶速度控制在3000-4000转/分钟,时间30秒,然后放在350℃-450℃的热平板上预处理10分钟,经过多次成膜-预处理-再成膜,获得一定厚度的功能BZT膜,再经650℃-720℃在快速热退火炉中,氧气氛下退火10分钟,升温速率是100℃/秒,得到结晶完善,随机取向的BZT薄膜。
本发明提供的制备无铅功能薄膜的方法比有以下优点不需精馏,不需另外加水控制醇盐水解,只需加少量稳定剂,整个过程只需1-2小时,前驱液存放周期长,稳定性好,存放180天后制膜,性能不变。制备的无铅BZT功能薄膜具有良好的介电、铁电和压电性能。
实施例1浓度为0.3摩尔/升前驱液中金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶0.05∶0.95(简称BZT5),其制备方法是将醋酸钡溶于冰醋酸,控制加热至70℃,搅拌30分钟,得到澄清的醋酸钡溶液;将丙醇锆和钛酸丁酯分别加入乙二醇甲醚中,加入10%的乙酰丙酮以稳定溶液,搅拌10分钟。按上述比例加热至70℃,搅拌30分钟,用快速定性滤纸滤去杂质制成前驱液。选择Pt/Ti/SiO2/Si为基片,甩胶速度3600转分钟,时间30秒,预处理温度为450℃,时间10分钟,重复六次。经720℃,氧气氛下退火10分钟,升温速率是100℃/秒,获得厚度为490nm薄膜,结晶完善、呈随机取向。再在膜上蒸发φ0.8mm的Cr/Au电极,测量其铁电性能。

图1-4是BZT5薄膜的XRD谱、形貌、铁电性能。
实施例2前驱液浓度0.3摩尔/升,金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶0.5∶0.5(简称BZT50/50),甩胶速度3800转/分钟,时间30秒,每次预处理温度420℃,时间10分钟,反复六次,经730℃,氧气氛下迅速退火处理10分钟,获得厚度为300nm的薄膜,得到结晶完善,呈随机取向的BZT50/50薄膜。其余同实施例1。
实施例3前驱液浓度0.3摩尔/升,金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶1∶0(简称BZ),甩胶速度3000转/分钟,时间30秒,每次预处理温度420℃,时间10分钟,反复六次,经730℃,氧气氛下迅速退火处理10分钟,获得厚度为600nm的薄膜,得到结晶完善,呈随机取向的BZ薄膜。其余同实施例1。
实施例4预处理温度为400℃,得到结晶完善,显示(100)取向的BZT薄膜。其余同实施例1。
实施例5前驱液中金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶0.08∶0.92,基片为Pt/Ti/SiO2/Si,其余同实施例1。
实施例6前驱液中金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶0.15∶0.85,基片为Pt/Ti/SiO2/Si,其余同实施例1。
实施例7前驱液中金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶0.20∶0.80,基片为Pt/Ti/SiO2/Si,其余同实施例1。
实施例8前驱液中金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶0.30∶0.70,基片为Pt/Ti/SiO2/Si,其余同实施例1。
实施例9前驱液中金属离子克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶0.75∶0.25,基片为Pt/Ti/SiO2/Si,其余同实施例1。
权利要求
1.一种制备无铅锆钛酸钡功能陶瓷薄膜的制备技术,包括前驱液的配制,热处理过程及成膜工艺的选择,其特征在于(1)前驱液是以醋酸钡、丙醇锆、钛酸丁酯为原料,以乙二醇甲醚溶剂,乙酰丙酮或冰醋酸为稳定剂;按Ba∶Zr∶Ti=1∶X∶1-X,0≤X≤1,配制成前驱液;前驱液浓度为0.2-0.3摩尔/升;(2)前驱液经过滤除去杂质,甩胶成膜法制备薄膜,选择Pt/Ti/SiO2/Si为基片,甩胶速度控制在3000-4000转/分钟,时间30秒,然后放在350℃-450℃的热平板上预处理10分钟,经过多次成膜-预处理-再成膜,获得一定厚度的BZT薄膜,再经650-750℃在氧气氛下退火处理10分钟,升温速率为100℃/秒,得到结晶完善,随机取向或择优取向的功能BZT薄膜。
2.按权利要求书1所述的制备无铅锆钛酸钡功能陶瓷薄膜的制备技术,其特征在于,权利要求1中第1款所述的前驱液配制的工艺条件为(1)醋酸钡溶于冰醋酸,控制加热至70℃,搅拌30分钟,得到澄清的醋酸钡溶液;(2)将丙醇锆溶于乙二醇甲醚;(3)将钛酸丁酯溶于乙二醇甲醚,加入5%-15%的乙酰丙酮或冰醋酸,搅拌10分钟,稳定溶液;(4)按所需的Zr/Ti比,将丙醇锆-乙二醇甲醚和钛酸丁酯-乙二醇甲醚溶液混合,搅拌10分钟。(5)钡、锆、钛三者比例克分子浓度比为Ba∶Zr∶Ti=1∶X∶1-X,0≤X≤1将锆钛混合溶液倒入冷却的醋酸钡溶液中,将得到的锆钛酸钡混合液加热至70℃,搅拌30分钟,使溶液水解。
3.按权利要求1或2所述的制备无铅锆钛酸钡功能陶瓷薄膜的制备技术,其特征在于所得薄膜厚度300-600nm,呈随机取向。
全文摘要
本发明涉及一种简便而有效的制备锆钛酸钡(BZT)薄膜的湿化学法制备技术,属于功能陶瓷薄膜领域。前驱液以醋酸钡、丙醇锆、钛酸丁酯为原料,以乙二醇甲醚为溶剂,乙酰丙酮和冰醋酸为稳定剂,按Ba∶Zr∶Ti=1∶X∶1-X克分子浓度配比(0≤X≤1)制备BZT功能薄膜的前驱液,浓度为0.2—0.3M,然而经过滤后成膜、甩胶、甩胶速度为3000—4000转/分,时间30秒,然后预处理,经多次成膜—预处理—再成膜,达到需要厚度后于650—750℃氧气氛下退火制成。用本发明制备的无铅BZT功能薄膜具有良好的介电、铁电和压电性能,与传统有铅的铅基薄膜相比具有明显的优点:成分无铅,适合环境保护要求。
文档编号C23C18/00GK1350071SQ01126760
公开日2002年5月22日 申请日期2001年9月14日 优先权日2001年9月14日
发明者唐新桂, 丁爱丽, 叶扬, 李国荣, 殷庆瑞 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所
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