[發明專利]一種亞微米級別弛豫鐵電體的制備方法

有效

• 申請號: 201410347488.5
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104108931A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 蒲永平;孫梓雄
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明涉及材料制備領域，尤其涉及一種亞微米級別弛豫鐵電體的制備方法。

背景技術

BaTiO₃是最早發現的一種鈣鈦礦型電介質材料，在室溫下表現出良好的鐵電行為，曾被稱為電子陶瓷產業的支柱被廣泛應用于各種電子材料元器件中。弛豫鐵電體憑借其優于傳統鐵電體的各種特點(如寬居里溫區以及高溫電滯回線等)，被越來越多的材料研究者所重視，其中BaTiO₃基的弛豫型鐵電體是其中最大的研究熱點。眾所周知Ba_1-xCa_xTi_1-xZr_yO₃體系陶瓷是一種良好的無鉛壓電材料，然而其除了具有良好的壓電性能之外同樣具有弛豫鐵電體的性能，而純相的BCTZ僅僅通過改變x與y的值很難得到性能較為優異的弛豫鐵電體。因此摻雜與固溶便成為了提高BCTZ體系鐵電體弛豫行為的常用方法。

隨著科技的日益發展以及人們對電子元器件要求的提高，越來越多的電子元器件被要求應用在極端條件如高溫、高頻環境下。傳統的電子陶瓷材料往往存在溫度穩定性差或頻率穩定性差等缺陷，而弛豫鐵電體恰好彌補了這一漏洞。

傳統的PMN-PT體系弛豫鐵電體由于鉛毒對人體及環境限制了其應用領域，而新型BaSrTiO3體系弛豫鐵電體其頻率色散范圍在-50℃附近，無法在室溫下得到良好的應用。由于BCTZ體系是一種被熟知的無鉛壓電體系，然而其晶粒尺寸往往很大，達到了若干微米甚至十多微米，如此大的晶粒尺寸減弱了陶瓷的電學性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的問題，提供一種晶粒尺寸小、成分分布均勻、在極端環境下仍擁有良好的電學性能的摻Bi型BCTZ體系弛豫鐵電體的制備方法。

本發明所采用的技術方案是：首先按所需制備的亞微米級別弛豫鐵電體Ba_0.9Ca_0.1Ti_1-xZr_xO₃-0.03Bi的化學計量比，取可溶于水的鋇源、鈣源、鋯源、鉍源和鈦源配置成混合溶液，其中0≤x≤0.12；調節混合溶液呈堿性，制得Ba_0.9Ca_0.1Ti_1-xZr_xO₃-0.03Bi的粉體前驅物；接著將粉體前驅物進行水熱反應，水熱反應溫度為150～240℃，反應時間10～15h，制得Ba_0.9Ca_0.1Ti_1-xZr_xO₃-0.03Bi的粉體；將粉體進行坯體成型、并于1100～1300℃燒結，得到亞微米級別弛豫鐵電體。

所述混合溶液的配置方法為：將鋇源、鈣源、鋯源、鉍源分別溶解于蒸餾水中，各自攪拌至完全溶解后得到四種溶液，將四種溶液混合均勻，再將TiCl₄逐滴加入其中，再次混合均勻后得到混合溶液。

包括以下具體步驟：

1)首先按照摩爾比為0.9:0.1：x：0.03稱取BaCl₂·2H₂O、CaCl₂、ZrOCl₂·8H₂O以及Bi(NO₃)₃配置成混合溶液A，其中0≤x≤0.12；

2)按Ca²⁺與Ti⁴⁺的摩爾比為0.1：(1-x)，將TiCl₄逐滴加入混合溶液A中制成混合溶液B，同時調節混合溶液B的pH值大于14，攪拌直到混合溶液B變為白色粘稠狀，便得到粉體前驅物；

3)將制備好的粉體前驅物倒入水熱釜中，在150～240℃水熱環境下保溫10～15h，得到體系粉體；將粉體進行洗滌、沉淀，最后進行坯體成型；

4)將成型后的坯體進行微波燒結，燒結溫度1100～1300℃、保溫時間1～10min，冷卻至室溫，得到Ba_0.9Ca_0.1Ti_1-xZr_xO₃-0.03Bi體系陶瓷，即亞微米級別弛豫鐵電體。

所述調節混合溶液呈堿性的方法為：通過按照Ti：[OH-]＝1:(5～10)的比例稱取NaOH固體加入上述所得混合物中，使溶液中pH＞14。