[發(fā)明專利]一種制備摻雜或復合鈦酸鍶鋇陶瓷粉體的方法

無效

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• 申請日: 2014-04-16
• 公開（公告）號: CN103951418A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 李雙濱;姚穎;賈永忠;崔振華;景燕;馬軍;孫進賀;謝紹雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院青海鹽湖研究所
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/47;C04B35/10;C04B35/64
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉

技術領域

本發(fā)明涉及一種摻雜或復合鈦酸鍶鋇陶瓷粉體的制備方法，尤其涉及一種利用直流電弧法快速制備摻雜或復合鈦酸鍶鋇陶瓷粉體的方法。

背景技術

鈦酸鍶鋇（BST）是鈣鈦礦型的鐵電材料，因其具有良好的介電性能和鐵電性質(zhì)，而被廣泛地用于電子陶瓷材料領域，尤其鈦酸鍶鋇的可諧調(diào)性范圍大，可在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)介電常數(shù)和居里溫度，具有特定的用途，如相控陣天線。然而鈦酸鍶鋇材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗率較高，難以達到相控陣天線應用的理論要求，限制了其材料的應用。近年來對該材料的改進主要集中于鈦酸鍶鋇的介電性質(zhì)，以降低材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗率，同時保持著較大范圍的可諧調(diào)性，從而使其更好地應用于相控陣天線。

氧化鎂（MgO）和三氧化二鋁（Al₂O₃）等介質(zhì)材料具有較低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，可作為鈦酸鍶鋇材料的改性劑。例如，美國專利申請文件US531290、US5635434和US5427988公開了通過摻雜氧化鎂（MgO）或三氧化二鋁（Al₂O₃）改性，使其材料具有低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、高的可諧調(diào)性、居里點溫度低和穩(wěn)定性高的優(yōu)良性質(zhì)，可完全滿足相控陣天線的理論要求。

直流電弧等離子法是高溫快速合成技術具有反應溫度高等特點，反應溫度最高可達5000℃。近年來美國、日本等許多國家利用直流電弧法研究無機金屬、非金屬、高熔點合金等特殊材料的制備、結構、機理和相圖等。由于直流電弧法本身升溫和降溫可在數(shù)秒內(nèi)完成，可以在熔融狀態(tài)下使反應物以原子級狀態(tài)均勻快速地反應，故可以使材料瞬間合成，得到質(zhì)量高、性能好的材料。尤其對于摻雜或復合無機材料的合成，由于摻雜氧化物在基體晶界是迅速擴散和固溶，使得在基體晶粒的境界上形成絕緣晶界層，可以使得整個晶粒不被絕緣化，而具有半導體的性質(zhì)。

鈦酸鍶鋇電子陶瓷材料目前一般通過固相法和液相法制備。固相法制得的粉體雜質(zhì)含量高，粒度分布較寬，并且該方法存在燒結溫度高、反應周期長和操作復雜等缺陷。液相法也存在一些難以克服的缺點而大大限制了其實際應用，例如：共沉淀法原料成本較高，工藝復雜，制備的粉體團聚較為嚴重，而且難以除去雜質(zhì)離子；水熱法得到的晶粒發(fā)育優(yōu)良、粒度分布均勻、團聚較少、無需煅燒，但合成的BST材料性能不一定優(yōu)良，其反應還缺少足夠的熱力學數(shù)據(jù)，且通常在高溫高壓下進行，設備要求高、成本較大，這給該方法的工業(yè)化生產(chǎn)帶來一定的難度。一般的溶膠-凝膠法所得產(chǎn)品的粉體純度較高，但由于其昂貴的原料價格、高溫熱處理導致的粉體快速團聚，以及反應周期較長且反應條件不易控制，產(chǎn)量較小，因此要實現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)，難度較高。

電弧法一般用于無機金屬、非金屬、高熔點合金等特殊性能材料的制備，中國專利申請文件CN1683274A以及CN1683273A均已經(jīng)公開了高溫快速合成摻雜或復合鈦酸鹽陶瓷粉體的方法，該方法可以用于單摻雜的陶瓷粉體的合成，但是對于復雜的體系，需要使用多種氧化物以及性質(zhì)不同的原料，現(xiàn)有技術則鮮有涉及。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種摻雜或復合鈦酸鍶鋇陶瓷粉體的制備方法，包括：

1)將摻雜氧化物或摻雜氧化物前驅體和鈦酸鍶鋇Ba_xSr_1-xTiO₃（0<x<1）前驅體混合；所述摻雜氧化物為MgO或Al₂O₃，或MgO和Al₂O₃的混合物。所述摻雜氧化物前驅體燒失后能得到所述摻雜氧化物。

所述摻雜氧化物前驅體可以使用氫氧化物或碳酸物，因為其在高溫下能分解成氧化物，如碳酸鎂可在800℃分解為氧化鎂和二氧化鈦，其也可以是相應的有機金屬鹽。所述Ba_xSr_1-xTiO₃（0<x<1）前驅體為焙燒后組分為Ba_xSr_1-xTiO₃的混合物，各元素的來源可以是氧化物或者相應的碳酸或者其他無機/有機鹽，比如所述混合物中鋇源可以是BaO或者碳酸鋇，Sr源可以是氧化鍶或者碳酸鍶。

優(yōu)選的，所述鈦酸鍶鋇前驅體的質(zhì)量按Ba_xSr_1-xTiO₃（0<x<1）計算時，所述摻雜氧化物的加入量為鈦酸鍶鋇前驅體的1～60%。

2)加入粘合劑，研磨，壓片；