[發(fā)明專利]釹和釩復(fù)合摻雜鈦酸鉍粉體及制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710040826.0
• 申請(qǐng)日: 2007-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101077837A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 闞艷梅;唐慶圓;王佩玲;張國(guó)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C04B35/475
• 分類號(hào): C04B35/475;C04B35/626;C01G29/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Nd和V復(fù)合摻雜鈦酸鉍粉體及制備方法，屬于功能陶瓷粉體制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)是含鉍層狀化合物大家族中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、研究得最多的鐵電體。它具有低的介電常數(shù)，高的居里點(diǎn)和大的自發(fā)極化，在電容器，高溫壓電傳感器和光電器件等方面得到廣泛應(yīng)用。另外，從環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)看，鈦酸鉍無(wú)鉛的優(yōu)點(diǎn)有可能使它成為目前被廣泛應(yīng)用的鋯鈦酸鉛基壓電陶瓷的替代物。

近來(lái)，鈦酸鉍基材料在永久性隨機(jī)存儲(chǔ)器(Non-volatile?Ramdom?AccessMemories)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值，引起了人們對(duì)其廣泛的關(guān)注，其中1999年Nature上報(bào)道了鑭取代部分鉍的鈦酸鉍鑭薄膜材料具有很大的發(fā)展?jié)摿Α５氢佀徙G由于其自身晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，存在四大方面的缺點(diǎn)：

1、矯頑電場(chǎng)高，不利于極化；

2、高的漏導(dǎo)和疇偏轉(zhuǎn)；

3、有限的自發(fā)極化取向能力，剩余極化低，壓電活性低；

4、主極化方向在a-b面，但是漏導(dǎo)也同時(shí)在a-b面。

這極大限制了該材料的實(shí)際應(yīng)用，因此對(duì)鈦酸鉍材料的改性研究顯得極其重要。研究發(fā)現(xiàn)釹(Nd)摻雜的BIT(鈦酸鉍)薄膜剩余極化(P_r)得到了很大的提高，電導(dǎo)和介電損耗比未摻雜的BIT薄膜要小得多。雖然Nd的添加可以改善材料的鐵電性能，但是卻引起材料居里溫度的強(qiáng)烈降低，不利于材料在高溫下的應(yīng)用。釩作為高價(jià)離子，摻雜進(jìn)入晶格不僅能降低燒結(jié)溫度和電導(dǎo)，提高剩余極化強(qiáng)度，而且對(duì)材料居里溫度的影響很小。

目前，鈦酸鉍陶瓷的制備大多以固相反應(yīng)法合成的粉體作為原料。由于這種粉體的粒徑較大，團(tuán)聚嚴(yán)重，燒結(jié)活性低，材料的燒結(jié)溫度通常高于1000℃。已有的研究結(jié)果表明，當(dāng)鈦酸鉍的燒結(jié)溫度達(dá)到1050℃時(shí)，就會(huì)引起B(yǎng)i元素的嚴(yán)重?fù)]發(fā)，導(dǎo)致材料中缺陷的大量產(chǎn)生，進(jìn)而影響材料的性能。近年來(lái)，已有不少利用濕化學(xué)法(如溶膠-凝膠法、水熱法和共沉淀法)合成鈦酸鉍超細(xì)粉的的研究報(bào)道。為適應(yīng)現(xiàn)代電子工業(yè)發(fā)展要求，克服現(xiàn)有鈦酸鉍超細(xì)粉體的不足，需尋找具有新的組成的鈦酸鉍粉體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種粒徑小、燒結(jié)活性高、電性能好的釹和釩復(fù)合摻雜的鈦酸鉍(BNTV)粉體及其制備方法。

本發(fā)明的基本構(gòu)思是釹離子與鉍離子所帶電荷相同，故釹離子易取代鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍中的鉍離子(A位)進(jìn)入晶格。釹的添加可以改善材料電學(xué)性能，但摻雜量高時(shí)會(huì)導(dǎo)致材料居里溫度的強(qiáng)烈降低。高價(jià)釩施主摻雜取代鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的鈦離子(B位)對(duì)居里溫度影響小，同時(shí)有利于降低燒結(jié)溫度和介電損耗，改善極化性能。故適量的釹和釩復(fù)合摻雜可以保證在居里溫度較高的情況下得到電學(xué)性能良好的材料。除組分設(shè)計(jì)外，目前尚無(wú)將兩種離子通過(guò)共沉淀的方法摻雜到鈦酸鉍中的報(bào)道。本發(fā)明在選擇組分設(shè)計(jì)的同時(shí)采用共沉淀法制備出BNTV超細(xì)粉體，并通過(guò)無(wú)壓燒結(jié)獲得性能良好的復(fù)合摻雜鈦酸鉍(BNTV)陶瓷。

本發(fā)明提供的具有優(yōu)良物理性能的釹和釩復(fù)合摻雜鈦酸鉍粉體的組成通式為Bi_4-xNd_xTi_3-yV_yO_12+y/2，式中x＝0.1-1.0，y＝0.01-0.1。本本發(fā)明優(yōu)先推薦的x值為0.1-0.56。發(fā)明是通過(guò)下列方式實(shí)施的：以純度不低于化學(xué)純的氧化釹(Nd₂O₃)、五氧化二釩(V₂O₅)、五水硝酸鉍(Bi(NO₃)₃·5H₂O)、和鈦酸丁酯((C₄H₉O)₄Ti)為起始原料，采用共沉淀法制備釹和釩復(fù)合摻雜的鈦酸鉍(BNTV)超細(xì)粉體。通過(guò)無(wú)壓燒結(jié)獲得性能良好的復(fù)合摻雜鈦酸鉍(BNTV)陶瓷。

具體地說(shuō)：

釹和釩復(fù)合摻雜的鈦酸鉍粉體的化學(xué)組成式為：Bi_4-xNd_xTi_3-yV_yO_12+y/2，式中X＝0.1-1.0，y＝0.01-0.1，

(1)按照釹的摩爾數(shù)(x值)在0.1-1.0，釩的摩爾數(shù)(y值)在0.01-0.1范圍內(nèi)設(shè)計(jì)組分。