[發明專利]一種鈦酸鋇/鈦酸鍶疊層復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200810023496.9
• 申請日: 2008-04-15
• 公開（公告）號: CN101250741A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 呂憶農;徐明;劉云飛;施書哲
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C25D13/02
• 分類號: C25D13/02;C25D13/22
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種鈦酸鋇/鈦酸鍶疊層復合材料的制備方法，具體的，本發明涉及使用電泳沉積技術在水溶液中制備鈦酸鋇/鈦酸鍶疊層復合材料的方法。該方法能夠制備出滿足微電子元件要求的鈦酸鋇/鈦酸鍶疊層復合材料。

背景技術

鈦酸鋇是具有鈣鈦礦結構的三元氧化物鐵電體，它具有高的介電常數和熱變參數，廣泛用作體積小、容量大的微型電容器和溫度補償元件；它有穩定的電性能，可用于制造非線性元件、介電放大器和電子計算機記憶元件；它還有機電轉換的壓電性能，可作為電唱機唱頭、地下水探測裝置和超聲波發生器等器械的部件材料；另外，它還可用來制造靜電變壓器、變頻器、熱敏電阻、光敏電阻及薄膜電子技術元件等。鈦酸鍶也是具有鈣鈦礦結構的三元氧化物鐵電體，它具有超導性、半導性、氣敏性及光敏性，色散頻率高，另外還有介電常數高，介質損耗低等優點，有比鈦酸鋇更好的熱穩定性，更高的耐電壓強度，是重要的電子陶瓷材料，廣泛應用于高壓電容器、晶界層電容器、壓敏電阻、熱敏電阻及氣敏元件及其它電子元件。

進入21世紀以來，由于計算機硬件、通訊工程及傳感器技術的研究和發展，對功能陶瓷的數量、質量、品種、形態以及功能等方面不斷提出了新的要求。目前，信息功能陶瓷及其應用正朝著高效能、高可靠性、高靈敏、高精度、微型化、多功能、智能化、集成化以及低成本的方向發展。另外，單相陶瓷或者單一的材料無論從性能或形態上已不能適應當前快速發展的高新技術的綜合要求，半導體材料和鐵電材料的集成化，微電機系統用的微型傳感器和驅動器件以及信息傳輸的數字化技術，都急需采用先進的功能陶瓷膜材料(厚膜、薄膜和多層膜)以及復相和多層多相復合功能陶瓷材料。多相材料由于其組成和結構的可調性，在工藝上的多選擇性，使其更容易滿足低成本的制作工藝和保證性能的高穩定性；兩種或兩種以上不同材料的不同組合將體現出不同的材料性能；不同相的材料以不同的形貌、不同的幾何形式組合就可以獲得不同性狀的材料。

層狀復合材料的制備方法通常有：流延法，注漿法，離心澆注法，擠制輥壓法等。上世紀九十年代以來，科學家發現通過電泳沉積亦可制備層狀復合材料。

早在19世紀人們就已經發現了分散在溶液中的膠體粒子，在電場作用下，向與自身所帶電荷電性相反的電極定向移動的現象，也就是電泳現象。電泳沉積包括兩個過程，首先是懸浮在分散介質中的帶電顆粒在電場作用下定向移動(電泳)，其次是顆粒在電極上沉積形成致密均勻的薄膜。通常電泳沉積需要后續的熱處理(燒結)過程，從而使沉積層致密無孔。一般固體顆粒(約30μm)或膠體溶液都可進行電泳沉積，適用范圍包括金屬、聚合物、碳化物、氧化物和無機鹽類等(Omer?O.Van?der?Biest?and?Luc?J.Vandeperre.Annu.Rev.Mater.Sci.，1999，29：327-52.)。由于電泳沉積具有以下優點：設備簡單，成本低；成膜快，可以大規模制膜；被鍍件(用于沉積薄膜的基體)的形狀不受限制，薄膜厚度均勻，制備的薄膜厚度可控等，因此近年來得到了歐美一些國家的關注，并有了令人滿意的結果。

通過電泳沉積技術制備層狀復合材料，當第一層達到預期厚度后，可以將電極置于另外一種懸浮液中，以得到不同的沉積層，這樣反復多次，即可制得層狀復合材料。Nicholson等從乙醇為主的懸浮液中制得了ZrO₂/Al₂O₃層狀復合材料，其中氧化鋁層可以薄至12μm，氧化鋯薄至2μm。層與層之間的界面平直并且很規則，這表明電泳沉積雖然是一種快速制備材料的工藝，但是沉積層的生長仍然可以得到很好的控制。他們還制備了氧化鋁/鋁酸鑭層狀復合材料。Ferrari等和Fischer等利用水基懸浮液制備出了ZrO₂/Al₂O₃層狀復合材料。Vandeperre和Vander?Biest制備了以下材料：SiC為主添加部分石墨的片層材料；SiC+石墨層狀復合材料和多孔SiC界面層。他們還制備了具有層狀結構的SiC/石墨管，這就是結合了電泳沉積可制備層狀材料和具有成型能力的優點。