[發明專利]摻雜鈦酸鋇粉體的濕法制備方法

在審

• 申請號: 201010540637.1
• 申請日: 2010-11-11
• 公開（公告）號: CN102060324A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 劉秦
• 申請（專利權）人: 劉秦
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電子陶瓷前驅體粉體的合成技術領域，涉及一種具有超高介電常數、高絕緣電阻、長循環使用壽命、溫度穩定特性的摻雜鈦酸鋇粉體的濕法制備方法。

背景技術

電介質材料是陶瓷電容器的的基礎材料，平板電容器單體的電容值和電介質材料的介電常數成正比，和其厚度成反比，通常介質的厚度至少為晶粒尺寸的10倍左右。采用具有超高介電常數、長循環使用壽命、低損耗因子、高絕緣電阻和溫度穩定特性的細晶粉體材料制造多層陶瓷電容器(MLCC)，可以實現更小的體積、更大的容量、更高的精密度和可靠性。此外，超高介電常數的電介質材料可以用于制造功率密度和能量密度較大的電能存儲電容，有希望應用在清潔能源儲能和汽車動力電源等領域。實現高純超細的超高介電常數電子材料粉體的低成本制備，是發展微型化、集成化的多層陶瓷電容器以及能量存儲型器件的關鍵技術之一。

本發明制備方法的目標材料是摻雜元素包含在Ca、Zr、Mn、Dy、Er、Ho、Y、Yb、Ga、Nd、Pr、Sm和Gd元素之內的摻雜鈦酸鋇粉體，這些摻雜元素的作用是調制改性鈦酸鋇的介電常數、工作溫區和循環使用壽命等重要的特性；特別指出一類介電性能優化的配方，其化學式為(Ba_1-α-vD_vCa_α)[Ti_1-x-δ-μ’Mn_δA’_μ’Zr_x]_zO₃，其中A’＝Dy，Er，Ho，Y，Yb，Ga；D＝Nd，Pr，Sm，Gd；0.10≤x≤0.25，0≤μ’≤0.01，0≤v≤0.01，0＜δ≤0.01，0.995≤z＜1，0≤α≤0.05，該材料是專利號為US6078494的美國發明專利(專利授權日為2000年6月20日)公開的配方中介電性能得到優化的一個子集配方，這種材料被覆至少兩個電極之后，表現出數值為20000～30000的超高介電常數、較長的高電壓高溫循環使用壽命、較低的損耗因子和很高的絕緣電阻特性，其大電容值對溫度變化表現出較高的穩定性，是一種能夠被應用到多層陶瓷電容器和能量存儲型器件中的優良的候選材料。制備出顆粒形貌完整、二次粒徑在0.5～10μm可控制并且分布均勻的粉體，是實現這種應用的關鍵。對于本發明針對的摻雜鈦酸鋇材料，目前的制備方法主要有固相合成和濕法兩種。

專利號為US6078494的美國發明專利采取的固相合成方法是，先把各組分元素相應的碳酸鹽和氧化物原料按照化學計量比稱料、混合，加入燒結助劑，然后利用行星球磨機進行長時間粉碎研磨，干燥后在1250℃煅燒6小時，經過粉碎得到粉體，用于制備漿料。該法優點是工藝簡單、成本低等，缺點是組分難以混合均勻、球磨引入的雜質不可避免、產物顆粒大、成品率低。

濕法中常用溶膠凝膠法制備摻雜鈦酸鋇，基本原理是易于水解的金屬無機鹽或者醇鹽在相應的溶劑中與水發生反應，經過水解與縮聚過程逐漸凝膠化，再經干燥或煅燒等后處理得到所需的粉體材料。其優點是可在低溫下制備純度高、粒徑分布均勻、化學活性高的多組分混合物，缺點是原材料價格一般都很昂貴、干燥時收縮大、成形性能差，塊體材料燒結性不好。

濕法共沉淀工藝是在含有多種金屬離子的溶液中加入沉淀劑，使金屬離子完全沉淀，經過洗滌、干燥和煅燒，得到粉體前驅體。共沉淀工藝的優點是工藝簡單，便于合成成分復雜、在原子或分子尺度上混和均勻的沉淀物，煅燒后粉體成形性好，純度高，成本低，便于工業化生產。一般多組分金屬離子共沉淀工藝需要解決金屬離子前驅體溶液的配制、沉淀反應控制和反團聚等問題。