一种钛酸锶钡陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及介电陶瓷材料技术领域，具体的说是以Ti02、Ba(N03)2、Sr(N03)2等廉价的无机物为原料采用溶胶凝胶法制备钛酸锶钡粉体，再通过烧结制备钛酸锶钡陶瓷的方法。
【背景技术】
[0002]钛酸锶钡(简称BST)是由钛酸钡和钛酸锶形成的无限固溶体结构，由于钛酸钡和钛酸锶都是典型的ΑΒ03钙钛矿结构，因而它们形成的BST也是典型的钙钛矿结构，而且通过对其晶胞分析发现在钛酸锶钡的具体晶体结构中，Ba原子和Sr原子在晶胞的A位置随机分布。在以[Ti06]八面体组成的骨架中，Ba原子或Sr原子处于其八面体骨架所围成的晶胞空隙中。Ba离子和Sr离子在晶胞内可以以任意比例进行置换，因为[Ti06]八面体的结构也是非常的稳定，所以六个氧离子形成的空隙比较大并导致中间的Ti4+离子可以在中间进行适当位移，由此引发的位移会导致晶体内的电荷局部分布不均匀，引发所谓的自极化现象。这种独特的晶体结构和自极化性能使其成为电子陶瓷业的宠儿。
[0003]溶胶-凝胶作为一种低温工艺，可得到纯度高、颗粒细、化学组分均匀的产品，目前广泛应用于探测器、声阻抗耦合材料、电介质材料，是我国电子工业发展不可缺少的一种制备方法。其原理是将醋酸类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后向溶液中加入酯化剂，在一定温度下会发生水解或聚合反应从而形成具有一定空间结构的溶胶，进而形成凝胶，再经过干燥和热处理得到纳米级的粉体，并进一步得到需要的材料。
[0004]采用溶胶凝胶法法制备BST材料的传统工艺是以醋酸钡、醋酸锶、钛酸四丁酯为原料，成本较高。如何降低BST陶瓷的生产成本，并降低其烧结温度成为热点。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种以Ti02、Ba(N03)2、Sr(N03)2等廉价无机物为原料的溶胶凝胶法制备钛酸锶钡陶瓷技术。所制成的陶瓷粉体颗粒均匀，晶粒生长良好，且尺寸达纳米级30~40nm,经成型烧结后具有良好的介电性能。
[0006]本发明提供了的钛酸锶钡陶瓷制备方法，其陶瓷组分通式为:Baa5Sra5Ti03。
[0007]本发明公开一种钛酸锶钡的制备方法，其特征在于按如下步骤进行:
(1)BST前驱体溶液的制备:根据配比称取一定量的Ti02粉料于塑料瓶加入HF酸进行水浴加热，待Ti02粉料完全溶解后，向Ti的HF酸溶液缓缓加入氨水，至产生的白色沉淀且溶液显碱性为止。再经过抽滤获得白色沉淀，并加入一定量的柠檬酸，放于集热式磁力搅拌器中搅拌至溶液变为白色透明。然后按化学计量比将适量的8&_3)2、5^勵3)2溶于11的柠檬酸溶液，搅拌30min，再加入适量乙二醇恒温磁力搅拌30 min，即得到前驱体溶液；
(2)BST陶瓷粉体的制备
将步骤(1)制得的前驱体溶液至于干燥箱恒温85°C进行烘干得到凝胶，然后再置于加热炉加热并使其完全燃烧后将样品置于马弗炉中加热(700~900°C )并保温2小时得到BST陶瓷粉体；
(3)BST陶瓷的制备
陶瓷的制备可分为粉料造粒、粉料成型、烧结成瓷三项步骤。
[0008]所述步骤(1)中水浴加热恒温80 °C约24h至溶液完全无色透明。
[0009]所述步骤(1)中柠檬酸的量按与BST陶瓷中金属离子摩尔比即η (柠檬酸):η (金属离子)=3:1，乙二醇量约为 60ml 其中，Ba(N03)2、Sr(N03)2，T1jf 尔比为 1:1:2。
[0010]所述步骤(3)中粉料造粒即将步骤(2)所得的粉体至于玛瑙研钵中研磨，使粉料均匀分散，称量后加入15%的石蜡进行炒蜡，然后过60目筛。
[0011]所述步骤(3)中粉料成型即将步骤(3)造粒的粉料在粉末压片机lOMPa的压力下压成直径为10mm厚度为1mm的圆片。
[0012]所述步骤(3)中烧结成瓷即将步骤(3)成型的BST陶瓷在一定升温制度下完成排胶，并在1100~1300°C下烧结保温2h，然后冷却至室温，即完成制备。
[0013]所述排胶的升温制度为“3324”即3h从室温至200 °C，然后3h至350 °C，再经2h至50(TC，再保温4h后冷却至室温完成排胶。
[0014]优选的，步骤(2)中的处理温度为700~900°C保温2h，更优选的所述处理温度800°C 保温 2h。
[0015]优选的，步骤(3)烧结成瓷的热处理温度为1100~1300°C，更优选的所述温度1250°C 保温 2h。
[0016]本发明有益效果在于:
本发明所使用溶胶凝胶法的原料为Ti02、Ba (N03) 2、Sr (N03) 2等廉价无机物，相对之前所使用的醇盐、醋酸钡等大大降低了生产成本。
[0017]本发明方法制备的BST陶瓷粉体粒度小可达纳米级约30~40nm且纯度高、产物活性高，可以满足电子元器件多功能、固态化、小型化、叠层化的要求。
[0018]本发明制备方法，其化学反应比较容易进行，工艺简单，烧结温度较低，可降低成本，实现批量化生产。
[0019]本发明所制备的BST陶瓷其致密度较高可达理论密度的95%，且其介电性能良好，在频率为ΙΚΗζ下测试条件下，其室温介电常数高达930，介电损耗达0.08。
【附图说明】
[0020]图1为制备BST陶瓷的工艺流程图。
[0021]图2为800°C保温2h下BST陶瓷粉体的扫描图片。
[0022]图3为1250°C保温2h下BST陶瓷的扫描图片。
[0023]图4为1250°C保温2h下BST陶瓷的X射线衍射图像。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0025]实施例一
(1)称取0.02mol的的Ti02粉料于塑料瓶加入HF酸进行水浴加热，水浴温度为80°C约24h，待Ti02粉料完全溶解后，向Ti的HF酸溶液缓缓加入氨水，至产生的白色沉淀且溶液显碱性为止。再经过抽滤获得白色沉淀，并按照η (柠檬酸):η (金属离子)=3:1的比例加入0.06mol的柠檬酸，放于集热式磁力搅拌器中搅拌至溶液变为白色透明。然后分别将
0.0lmol的Ba(N03)2、Sr (N03)2溶于Ti的柠檬酸溶液，搅拌30min，再加入60ml乙二醇恒温磁力搅拌30 min,即得到前驱体溶液，磁力搅拌器温度始终为80°C。
[0026](2)将步骤(1)制得的前驱体溶液至于干燥箱恒温85°C进行烘干得到凝胶，然后再置于加热炉加热并使其完全燃烧后将样品置于马弗炉中加热800°C并保温2小时得到BST陶瓷粉体。
[0027](3)将步骤(2)所得的粉体至于玛瑙研钵中研磨，使粉料均匀分散，称量后加入15%的石蜡进行炒蜡，然后过60目筛。
[0028](4)将步骤(3)所得的粉体在粉末压片机lOMPa的压力下压成直径为10mm厚度为1mm的圆片。
[0029](5)将步骤(4)所成型的BST陶瓷在升温制度为“3324”下即3h从室温至200°C，然后3h至350 °C，再经2h至500 °C，再保温4h后冷却至室温完成排胶。
[0030](6)将步骤(5)排胶后的BST陶瓷在1250°C下保温2h后完成制备。
[0031]综上所述，本发明具体制备步骤主要包括:①BST前驱体溶胶的制备②BST陶瓷粉体的制备③BST陶瓷的制备。所制备的钛酸锶钡粉体结晶度高，晶粒尺寸均匀，晶粒尺寸达到纳米级约30~40nm。相对传统固相制备法降低了其烧结温度，其致密度高达理论密度的95%，且具有良好的介电性能:频率ΙΚΗζ下，室温介电常数ε ,930，介电损耗tan δ =0.08。可以满足电子元器件多功能、固态化、小型化、叠层化的要求，而且其化学反应比较容易进行，工艺简单，易实现批量化生产。
【主权项】
1.一种钛酸锶钡陶瓷的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行: (1)BST前驱体溶液的制备 根据配比称取一定量的Ti02粉料于塑料瓶加入HF酸进行水浴加热，待T1 2粉料完全溶解后，向Ti的HF酸溶液缓缓加入氨水，至产生的白色沉淀且溶液显碱性为止，再经过抽滤获得白色沉淀，并加入一定量的柠檬酸，放于集热式磁力搅拌器中搅拌至溶液变为白色透明，然后按化学计量比将适量的Ba (N03) 2、Sr (N03) 2溶于Ti的柠檬酸溶液，搅拌30min，再加入适量乙二醇恒温磁力搅拌30 min，即得到前驱体溶液； (2)BST陶瓷粉体的制备 将步骤(1)制得的前驱体溶液至于干燥箱恒温85°C进行烘干得到凝胶，然后再置于加热炉加热并使其完全燃烧后将样品置于马弗炉中加热(600~800°C )并保温2小时得到BST陶瓷粉体； (3)BST陶瓷的制备 陶瓷的制备可分为粉料造粒、粉料成型、烧结成瓷三项步骤。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中水浴加热恒温80°C约24h至溶液完全无色透明。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中柠檬酸的量按与BST陶瓷中金属离子摩尔比即η (柠檬酸):η (金属离子)=3:1，乙二醇量约为60ml其中，Ba(N03)2、Sr(N03)2, T1jf 尔比为 1:1:2o4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中粉料造粒即将步骤(2)所得的粉体至于玛瑙研钵中研磨，使粉料均匀分散，称量后加入15%的石蜡进行炒蜡，然后过60目筛。5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中粉料成型即将步骤(3)造粒的粉料在粉末压片机lOMPa的压力下压成直径为10mm厚度为1mm的圆片。6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中烧结成瓷即将步骤(3)成型的BST陶瓷在一定升温制度下完成排胶，并在1100~1300°C下烧结保温2h，然后冷却至室温，即完成制备。7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于:所述排胶的升温制度为“3324”即3h从室温至200 °C，然后3h至350 °C，再经2h至500 °C，再保温4h后冷却至室温完成排胶。
【专利摘要】本发明公开了一种以TiO2、Ba(NO3)2、Sr(NO3)2？等廉价的无机物为原料的钛酸锶钡的溶胶凝胶制备方法，所述陶瓷组分的通式为：Ba0.5Sr0.5TiO3，具体制备步骤包括：（1）BST前驱体溶胶的制备（2）BST陶瓷粉体的制备陶瓷的制备。本发明所制备的钛酸锶钡粉体结晶度高，晶粒尺寸均匀，晶粒尺寸达到纳米级约30~40nm。制备的Ba0.5Sr0.5TiO3陶瓷在烧结温度1250℃下保温2h，其致密度高达理论密度的95％，相对传统固相制备法降低了其烧结温度，且具有良好的介电性能：频率1KHz下，室温介电常数ε<sub />=？930，介电损耗tanδ=0.08。
【IPC分类】C04B35/465
【公开号】CN105272215
【申请号】CN201510708432
【发明人】赵丽萍, 陶文宏, 付兴华, 程国园, 马闻辛
【申请人】济南大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月28日