[發明專利]一種高電位梯度鈦酸銅鈣復相陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 201210241189.4
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102815936A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 李建英;唐嫻;賈然;李盛濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于電氣絕緣陶瓷材料領域，特別涉及一種用液相沉淀法制備混合粉體，然后用傳統固相法制備高電位梯度鈦酸銅鈣（CCTO）復相陶瓷的方法。

背景技術

由于元器件市場對器件的微型化、高集成度的要求進一步提高，將高介電常數材料應用于陶瓷電容器成為目前關注的熱點。

CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)作為一種新型的電介質材料，以其良好的綜合性能引起了人們極大的關注，它擁有介電常數高，性能穩定的特點。其室溫下的介電常數值高達10⁵，在100K-380K的溫度范圍內幾乎保持不變，通過中子粉末衍射，X射線粉末衍射和拉曼散射研究均未發現任何結構相變。這些性質使其有望在高密度能量存儲、薄膜器件、介電電容器等一系列高新技術領域中獲得廣泛的應用。然而，另一方面，CCTO陶瓷的介電損耗和直流電導大且擊穿強度低，限制了它的應用，因此迫切需要在保持其高介電常數的基礎上，降低損耗和直流電導，提高擊穿場強。

對CCTO性能的改善主要集中在摻雜改性方面，而復相陶瓷是以陶瓷材料為基體，以陶瓷纖維、晶須、晶片或者顆粒為補強體，通過適當的復合工藝制備的、性能可設計的一類新型材料。通過制備不同的陶瓷材料與CCTO的復相陶瓷來改善CCTO陶瓷的性能是十分可行的。

目前關于CCTO復相陶瓷的制備方法中，原料的混合方式主要有兩種，一是直接將第二相與合成CCTO的原材料混合，二是將兩種陶瓷粉體分別預燒合成后按一定比例混合；然后將混合粉體球磨一定時間后，改變燒結溫度及保溫時間來確定最佳的工藝參數，獲得性能最佳的試樣。曹蕾等人按照一定的配比，將合成CCTO的初始原料與MgTiO₃粉體混合后球磨，制備出的復相陶瓷試樣的電位梯度由28V/mm提高到295V/mm（參見曹蕾，劉鵬，周劍平等，CaCu₃Ti₄O₁₂-MgTiO₃陶瓷的介電性能與I-V非線性特征[J].物理學報，2011,60(3):037701）。Jiancong?Yuan等通過sol-gel方法分別合成CCTO與MgTiO₃的預燒粉體，然后再按一定的比例混合，制備出的試樣電位梯度由200V/mm提高到了1200V/mm（參見Jiancong?Yuan,Yuanhua?Lin，Huafei?Lu，Bo?Cheng?and?Ce-Wen?Nan，Dielectric?and?Varistor?Behavior?of?CaCu₃Ti₄O₁₂–MgTiO₃?Composite?Ceramics[J],The?American?Ceramic?Society,2011,94(7):1966-1969）。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高電位梯度鈦酸銅鈣復相陶瓷的制備方法，該方法制備得到的鈦酸銅鈣復相陶瓷可明顯改善鈦酸銅鈣陶瓷的綜合性能。

為達到以上目的，本發明采用了以下技術方案。

1）液相沉淀法制備均勻混合的粉體：以硝酸鋁溶液為鋁源滴定劑，氨水為沉淀劑，將鋁源滴定劑以及沉淀劑滴入鈦酸銅鈣懸浮液中進行滴定反應，滴定反應中pH值控制在8-9，滴定反應后過濾，然后用蒸餾水洗滌過濾得到的濾渣，將洗滌后的濾渣烘干，烘干后研磨、過篩，然后于950℃保溫4h得到均勻混合的粉體；

滴定反應中控制滴加速度，滴加速度越慢則氫氧化鋁分布的越均勻，滴加過程中用氨水控制反應溶液的pH值在8~9；本發明采用液相沉淀法制備氫氧化鋁與鈦酸銅鈣均勻混合的粉體，由zeta電位測量可知，鈦酸銅鈣懸浮液在pH為8~10之間時最為穩定，而鋁離子沉淀的pH范圍為4~10，因此確定滴定反應的pH值控制在8~9之間；以硝酸鋁為鋁源滴定劑，氨水為沉淀劑，根據復相陶瓷的配比調整硝酸鋁的含量，可以制備不同配比的復相陶瓷；

2）傳統固相法制備陶瓷試樣：經過步驟1）后，將均勻混合的粉體通過造粒、壓片、排膠后在空氣中進行燒結，燒結的條件為：自室溫升溫至1080-1100℃后保溫4-20h，保溫后降溫至室溫，得到偏鋁酸銅與鈦酸銅鈣的復相陶瓷試樣。

所述硝酸鋁的用量以氧化鋁計為鈦酸銅鈣質量的6-10%。