一種摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷及其製備方法
2023-12-03 15:13:26
專利名稱：一種摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷及其製備方法，屬於電子功能陶瓷的製備技術領域。
背景技術：
目前，製備BaTiO3電子功能陶瓷所用的材料為BaCO3、BaO和TiO2，其製備方法主要有固相燒結法和液相合成法。但這兩種製備方法都存在著各自的缺點固相燒結法對原材料要求較高，產品難以達到分子級混合，物料活性低，能量消耗大，容易引進雜質，其純度、均一性較差，燒結時間長，反應難以控制，得到的陶瓷元器件成品率低，耐壓性能差，陶瓷晶粒較大，有氣孔等缺陷；液相燒結法其原料價格昂貴，且製備SrCO3凝膠需高溫煅燒後才能轉化為SrCO3粉體，存在煅燒時晶粒長大和顆粒硬團聚及成本高等問題。
另外，申請人經研究發現，由於氧化鈣具有使居裡峰值下降的作用，在BaTiO3電子功能陶瓷中引入CaO雜質，可改變原來的晶胞參數和離子間的相互關係，使居裡點向低溫或高溫方向移動，這就是「移峰效應」。移峰的目的是為了在工作情況下(室溫附近)，材料的介電常數和溫度關係儘可能平緩，即使居裡點遠離室溫溫度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷及其製備方法，不僅克服了現有技術所存在的缺點，而且所製備的陶瓷產品導電性能更加優良。
本發明是這樣構成的一種摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷，是由摩爾比＝0.84～1∶0.16～0∶1的Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O和TiO2製備而成的。
準確地說，它是由摩爾比＝0.9∶0.1∶1的Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O和TiO2製備而成的。
本發明所述摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷的製備方法為將Ba(NO3)2和Ca(NO3)2·4H2O溶解，製成溶膠，再將TiO2粉體混入，用磁力攪拌器充分攪拌分散，形成混合先驅體，然後在850～900℃預燒4～6小時製得粉體，球磨後，將粉體壓製成坯體，最後用CO2雷射器進行燒結，即得摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷。
CO2雷射燒結過程中，寬帶雷射輸出功率P＝400W，掃描速度為150mm/min，光斑面積D＝14×2mm2，離焦量f＝315mm。該工藝條件是發明人在固定光斑尺寸(14×2mm2)和離焦量(315mm)的前提下，改變寬帶雷射輸出功率和掃描速度，通過正交實驗優化、篩選出來的最佳工藝參數。在此工藝條件下燒結出的陶瓷產品性能最好。
本發明的化學原理為Ba(NO3)2、Ca(NO3)2和TiO2混合、預燒後，在寬帶雷射的作用下發生化學反應(1-X)Ba(NO3)2+XCa(NO3)2+TiO2+H2O→(Ba1-XCaX)TiO3+2HNO3(其中X＝0～0.16) 由於Ba(NO3)2、Ca(NO3)2的混合物與TiO2的投料摩爾比為1∶1，可完全充分地發生反應，反應後即得鈣摻雜的鈦酸鋇電子功能陶瓷。
本發明所製備的電子功能陶瓷具有可靠性高、安全、節電等優點，主要應用於溫度敏感元件、限電流元件以及恆溫發熱元件等方面，具體涉及通信、家電、航空、汽車、電力設備等領域。
與現有技術相比，本發明所用材料價格便宜，雷射燒結法耗能少，燒結時間極短(1.5秒左右)，雷射燒結製得的鈣摻雜BaTiO3陶瓷產品晶粒很細小，無氣孔，緻密度很高，使產品具有一定的強度，其性能(如導電率、介電常數等)更加穩定可靠。
具體實施例方式本發明的實施例1原料Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O和TiO2將0.9摩爾Ba(NO3)2和0.1摩爾Ca(NO3)2·4H2O溶解，製成溶膠，再將1摩爾TiO2粉體混入，用磁力攪拌器充分攪拌分散，形成混合先驅體，然後在850～900℃預燒5小時製得粉體，球磨後，將粉體壓製成坯體，最後用CO2雷射器進行燒結寬帶雷射輸出功率P＝400W，掃描速度為150mm/min，光斑面積D＝14×2mm2，離焦量f＝315mm；即得摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷本發明的實施例2將0.95摩爾Ba(NO3)2和0.05摩爾Ca(NO3)2·4H2O溶解，製成溶膠，再將1摩爾TiO2粉體混入，用磁力攪拌器充分攪拌分散，形成混合先驅體，然後在850～900℃預燒4小時製得粉體，球磨後，將粉體壓製成坯體，最後用CO2雷射器進行燒結寬帶雷射輸出功率P＝400W，掃描速度為150mm/min，光斑面積D＝14×2mm2，離焦量f＝315mm；即得摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷。
本發明的實施例3將0.85摩爾Ba(NO3)2和0.15摩爾Ca(NO3)2·4H2O溶解，製成溶膠，再將1摩爾TiO2粉體混入，用磁力攪拌器充分攪拌分散，形成混合先驅體，然後在850～900℃預燒6小時製得粉體，球磨後，將粉體壓製成坯體，最後用CO2雷射器進行燒結寬帶雷射輸出功率P＝400W，掃描速度為150mm/min，光斑面積D＝14×2mm2，離焦量f＝315mm；即得摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷。
本發明的實施例4原料Ba(NO3)2和TiO2將1摩爾Ba(NO3)2溶解，製成溶膠，再將1摩爾TiO2粉體混入，用磁力攪拌器充分攪拌分散，形成混合先驅體，然後在850～900℃預燒5小時製得粉體，球磨後，將粉體壓製成坯體，最後用CO2雷射器進行燒結寬帶雷射輸出功率P＝400W，掃描速度為150mm/min，光斑面積D＝14×2mm2，離焦量f＝315mm；即得鈦酸鋇電子功能陶瓷。
權利要求
1.一種摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷，其特徵在於它是由摩爾比＝0.84～1∶0.16～0∶1的Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O和TiO2製備而成的。
2.按照權利要求1所述的摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷，其特徵在於它是由摩爾比＝0.9∶0.1∶1的Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O和TiO2製備而成的。
3.如權利要求1所述摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷的製備方法，其特徵在於將Ba(NO3)2和Ca(NO3)2·4H2O溶解，製成溶膠，再將TiO2粉體混入，用磁力攪拌器充分攪拌分散，形成混合先驅體，然後在850～900℃預燒4～6小時製得粉體，球磨後，將粉體壓製成坯體，最後用CO2雷射器進行燒結，即得摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷。
4.按照權利要求3所述摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷的製備方法，其特徵在於CO2雷射燒結過程中，寬帶雷射輸出功率為400W，掃描速度為150mm/min，光斑面積為14×2mm2，離焦量為315mm。
全文摘要
本發明公開了一種摻雜鈦酸鋇電子功能陶瓷及其製備方法，它是由摩爾比＝0.84～1∶0.16～0∶1的Ba(NO
文檔編號C04B35/64GK101050113SQ20071020037
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月2日 優先權日2007年4月2日
發明者劉其斌, 翁源泉, 劉香東, 秦尤敏 申請人:貴州大學