[發明專利]氧化鑭摻雜改性的鋯鈦酸鋇鈣陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201110425177.2
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102515754A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 鄭少英;劉來君;黃延民;方亮;徐偉華
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氧化鑭摻雜改性的鋯鈦酸鋇鈣(BCZT)陶瓷及其制備方法，屬于電子元器件制造領域的功能陶瓷。

背景技術

很多研究表明，鈦酸鋇陶瓷在外加直流電場的作用下，具有優異的可調的介電性能，這種可調特性可廣泛應用在電容器件中。但是研究開發具有高介電、低損耗、高調諧率的電容器材料與制備技術已成為發展的趨勢和研究的熱點。目前，應用于可調電容器件的材料主要是鈦酸鍶鋇陶瓷體系的研究，但其在外加直流電場作用下，鈦酸鍶鋇陶瓷的調節介電常數的耐壓特性和在順電相時的溫度穩定性不夠理想，這些在很大程度上限制了可調電容器件領域的應用。

文獻[郭煒，李玲霞，吳霞宛，等中國稀土學報，2003，21(2)：209-213]中提到，稀土離子的摻雜可抑制晶粒生長，可提高室溫下的介電常數和耐壓強度，并且稀土對提高抗還原型介電材料的壽命有極其重要的作用。鑭元素摻雜改性的鋯鈦酸鋇陶瓷介電頻譜峰值較低且擴散，介電損耗在低溫時較低。文獻[Chou?X?J，Zhai?J?W，Jiang?H?T，et?al.J?Appl?Phys，2007，102(8)：084106]中報道了，在BZT陶瓷中摻雜稀土元素La、Sm、Eu時發現，BZT陶瓷的調諧率和介質損耗隨著摻雜離子半徑的增大和摻雜量的增加而下降。Zhai等人還研究了在BZT陶瓷中，發現摻雜稀土元素(如La、Sm、Eu、D?y、Y)，可以彌散相變和鐵電弛豫程度會隨著摻雜量的增加和摻雜離子半徑的增大而增強。Morrison等人提出了，在介電領域上，微量鑭的摻雜，會使居里峰移動，并且能顯著的提高介電常數，而且摻雜元素(如Mn、Y、Dy、Ca等)的加入會引起BZT的調諧率升高，介質損耗減小。

一般來說，在鈣鈦礦ABO₃結構中，半徑較大、價態較低的離子進入A位，而半徑較小、價態較高的離子進入B位，其中鑭離子、鈣離子的半徑較大，取代的是鋇離子；鋯離子半徑較小，取代的是鈦離子。又因為Zr⁴⁺比Ti⁴⁺具有更好的化學穩定性，Zr⁴⁺取代Ti⁴⁺增大鈣鈦礦結構的晶格常數，從而抑制了Ti⁴⁺向Ti³⁺電子躍遷。因此，在鈣鈦礦結構中，分別通過A位和B位離子的取代，有望獲得一種高介電，低損耗，高調諧率的新型電子功能陶瓷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種組成簡單、高介電、低損耗和高調諧率等特點的氧化鑭摻雜改性的鋯鈦酸鋇鈣(BCZT)陶瓷及其制備方法。

本發明涉及的氧化鑭摻雜改性的鋯鈦酸鋇鈣(BCZT)陶瓷的化學組成通式為：Ba_1-xLa_xCa_0.075(Zr_0.9Ti_0.1)_1-x/4O₃進行配料，其中0.01≤x≤0.1

氧化鑭摻雜改性的鋯鈦酸鋇鈣(BCZT)陶瓷的制備方法具體步驟為：

(1)將分析純的碳酸鋇、碳酸鈣、氧化鋯、氧化鈦和氧化鑭按化學計量比Ba_1-xLa_xCa_0.075(Zr_0.9Ti_0.1)_1-x/4O₃進行配料，其中0.01≤x≤0.1；

(2)將步驟(1)配制好的原料放到球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，所加的氧化鋯球質量為原料總質量的2～8倍，采用濕磨法進行球磨混合4～24小時，轉速為200～450轉/分鐘；取出置于烘箱中在80℃～140℃條件下烘干；烘干的粉體放入坩堝中，經以1～5℃/min的升溫速率升至1000～1200℃，保溫1～8小時；

(3)將步驟(2)所得的煅燒粉體放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，所加的氧化鋯球質量為煅燒粉體總質量的2～8倍，采用濕磨法進行球磨混合4～24小時，轉速為200～450轉/分鐘得漿料；