本发明专利技术提供了一种由纳米掺杂技术制备ＳｒＴｉＯ↓［３］基功能陶瓷的方法。采用液相化学法制备出Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］纳米的施主、纳米的受主及改性添加剂Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｓｉ多元氧化物。ＳｒＴｉＯ↓［３］基压敏电容双功能陶瓷瓷料的制备主要包括：一次配料制得纳米施主Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］掺杂的ＳｒＴｉＯ↓［３］主晶相；以及二次配料制得纳米粉体ＭｎＯ↓［２］、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］和ＳｉＯ↓［２］掺杂的复合瓷料。本发明专利技术可以直接制备压敏电容双功能陶瓷，又可制备ＳｒＴｉＯ↓［３］基其它类型半导体陶瓷材料。本发明专利技术具有压敏电压低、非线性系数高、介电常数大，介质损耗低等特点，是一种性能优越的压敏－电容双功能元件，在消除电子元件的尖峰干扰、提高电子设备的兼容性和过压保护等方面具有优异的特性。
Method for preparing SrTiOx based varistor ceramic
The present invention provides a method for the preparation of SrTiO doped nano technology: 3 functional ceramics. The liquid chemical preparation of La: 2 O: 3 nm, the acceptor and donor nano modified additive MnAlSi multicomponent oxide. SrTiO: 3 based varistor capacitor double function ceramic material preparation includes a ingredients prepared 2 O donor La: case 3 doped SrTiO down 3 main crystal phase; and the two ingredients to prepare nano MnO powder: 2, down Al 2 O: 3 and SiO: 2 doped composite ceramic material. The invention can prepare varistor double function ceramic capacitor directly, and the preparation of SrTiO: 3 based on other types of semiconductor ceramic materials. The invention has low breakdown voltage, high nonlinear coefficient, high dielectric constant, low dielectric loss, a varistor capacitor is the superior performance of the double function component, has excellent properties in terms of peak interference and eliminate the electronic components of the electronic equipment to improve the compatibility and overvoltage protection etc..
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子材料工程，具体涉及一种以液相化学法制备纳米施主、受主及改性添加剂，由此来制备低压SrTiO3基压敏电容双功能陶瓷的方法。
技术介绍
SrTiO3半导体材料不但具有压敏特性而且具有优良的介电特性及较好的吸收浪涌功能和自复位功能，由于其具有压敏电压低、介质损耗低、响应速度快以及频率、温度特性好等特点，使其成为一种良好的压敏-电容双功能元件，尤其在消除电子元件的尖峰干扰、提高电子设备的兼容性和过压保护等方面具有优异的特性。目前SrTiO3基压敏-电容双功能陶瓷材料的制备主要采用两种传统的方法，即二次烧成涂覆扩散法和高温一次烧成法。(1)二次烧成涂覆扩散法。此方法采用市售分析纯或化学纯为化工原料。第一步以SrTiO3为主晶相的瓷料中加入适量的施主型掺杂剂，在N2+H2的还原气氛中1400～1450℃烧成n型半导瓷，冷却至室温。第二步在该瓷体表面涂覆一层受主型掺杂剂，再在1050～1350℃的空气中进行扩散、再氧化使陶瓷颗粒表面形成一层绝缘层。第一次烧成完成晶粒长大及半导化，第二次烧成完成晶界绝缘化。(2)高温一次烧成法。此方法也采用市售分析纯或化学纯为化工原料，是对二次烧成法的改进。将施主掺杂剂和受主掺杂剂一起添加到SrTiO3主料中去，成型后于1400～1450℃的N2+C还原气氛中烧成，降温至1050～1250℃，通入氧气并保温一段时间进行适当氧化处理，从而制备出性能很好的SrTiO3双功能陶瓷。目前这两种方法虽工艺都比较成熟，但存在烧结温度高，制备材料压敏电压高，性能一致性不稳定等缺陷，不能满足低压电路的应用需求以及制备技术产业化的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用液相化学法分别制备纳米施主、纳米受主及改性添加剂，并通过一次烧成工艺来制备低压SrTiO3基压敏电容双功能陶瓷，使材料制备技术在降低烧结温，优化材料性能方面有所改进。本专利技术的技术是这样实现的一种用于制备SrTiO3基压敏电容双功能陶瓷的方法，该方法采用液相化学法制备出纳米的施主、纳米的受主及改性添加剂，并通过相应的陶瓷制备方法优化材料特性。具体工艺包括以下步骤 (一)采用液相化学法分别制备纳米施主、受主及改性添加剂。(1)La2O3纳米施主的制备先以液相化学沉淀法得到氢氧化物沉淀，经煅烧后得到白色La2O3纳米晶粉体。(2)受主及改性添加剂Mn+Al+Si纳米多元氧化物的制备用液相化学包裹沉淀法制备纳米受主掺杂剂Mn的氢氧化物及纳米烧结助溶剂Al+Si的氢氧化物作为复合前驱体，经煅烧取得多元氧化物MnO2+Al2O3+SiO2纳米晶粉体。(二)SrTiO3基压敏电容双功能陶瓷瓷料的制备。(1)首先进行一次配料。按配方SrCO3+TiO2+(0.6％-1.0％)La2O3的计量比称取SrCO3、TiO2及前面步骤(一)所述制备方法得到的纳米La2O3。按料、水及玛瑙球为1∶1∶4到1∶2∶4的比例进行球磨。将磨好的料在110～130℃温度下烘干后过筛进行SrTiO3的预合成，在合成温度1100～1300℃下保温2-3小时，整个煅烧过程为固相反应，主晶相为SrTiO3晶体。(2)然后进行二次配料。在上述配料的基础上，再加入前面步骤(一)所述方法制备得到的纳米粉体(0.5-1.0％)MnO2、(0.2-0.5％)Al2O3和(0.4-1.0％)SiO2。二次配料目的一是使加入料能更多地存在于晶界处，起受主作用，二是他们均为低熔性物质，均匀分散在晶界处会起到降低烧结温度的作用。以上SrTiO3基压敏电容双功能陶瓷瓷料已制备完成。La2O3纳米施主的制备采用分析纯La(NO3)3·nH2O为原料，采用化学纯聚乙二醇(PEG)为分散剂。将La(NO3)3·nH2O溶于去离子水中配制成0.5-1.5mol/L浓度的溶液，将PEG和水按质量比1∶10到3∶10的比例将PEG溶解在水中，然后将其按PEG∶La(NO3)3·nH2O为1∶1到3∶1的质量比加入到配好的La(NO3)3溶液中，加热至60～90℃，保持恒温，得到半透明溶胶，然后自然冷却至室温得到白色凝胶，将该凝胶经洗涤过滤后置于电炉中在400～700℃下热处理，得到白色La2O3纳米晶粉体。受主及改性添加剂Mn+Al+Si纳米多元氧化物的制备采用分析纯的Mn(NO3)2为受主添加剂原料，采用化学纯纳米Al(OH)3、化学纯的正硅酸己酯为烧结助剂原料，采用聚乙二醇为分散剂，将Mn(NO3)2溶于去离子水中配制成0.5-1.5mol/L浓度的溶液，将正硅酸己酯先溶于乙醇溶液中，再加入去离子水进行预水解后形成0.5-1.0mol/L浓度的溶液，将PEG和水按质量比1∶10到3∶10的比例将PEG溶解在水中，然后按PEG∶Mn(NO3)2∶正硅酸己酯为1∶1∶0.2到3∶1∶0.5的比加入到配好的纳米Al(OH)3水悬浮溶液中，其中Al(OH)3∶水为1∶10到3∶10，混合物加热至30-50℃，搅拌并保持恒温，得到棕色氢氧化物沉淀，将该沉淀洗涤过滤后先于80-100℃下烘干，再置于电炉中在500-700℃下热处理，得到多元氧化物MnO2+Al2O3+SiO2纳米晶粉体。其具体制备工艺图如附图1所示。本专利技术的特点及有益效果在于，SrTiO3基压敏电容双功能陶瓷的制备目前国内外均采用商业化原料的固相反应法的传统制备技术。本专利技术首次将在材料中起关键技术的施主、受主与烧结助剂以纳米粉料的形式引入，这样使这些掺杂剂在材料中分散更均匀，有效，对材料起到了稳定材料性能，降低陶瓷烧结温度，尤其是显著地降实现了低压压敏电压与大电容量的材料设计要求。附图说明附图为纳米受主及改性添加剂制备多元氧化物纳米粉体工艺流程图。具体实施例方式以下通过具体的实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1(一)液相化学法分别制备纳米施主、受主及改性添加剂的方法(1)La2O3纳米施主的制备。选用分析纯La(NO3)3·6H2O为原料，化学纯聚乙二醇(PEG-2000)为分散剂。在电子天平上准确称量La(NO3)3·6H2O原料5g，溶于去离子水11.55ml中配制成1mol/L的溶液，称20gPEG，按PEG∶水质量比2∶10将PEG溶解在100ml水中。然后将其按PEG∶La(NO3)3·6H2O为2∶1的质量比将12.5ml的PEG溶液加入到配好的上述1mol/L La(NO3)3溶液中，在磁力搅拌加热套中加热至80℃，保持恒温，搅拌均匀，2h后得到半透明溶胶，自然冷却至室温得白色凝胶。将该凝胶经洗涤过滤后置于箱式电阻炉中在600℃下热处理0.5h，得到白色La2O3纳米晶粉体。(2)选用分析纯的Mn(NO3)2为受主添加剂原料，以化学纯纳米Al(OH)3·9H2O、化学纯的正硅酸己酯为烧结助剂原料；以聚乙二醇(PEG-2000)为分散剂。称取5gMn(NO3)2，溶于去离子水27.94ml中配制成1mol/L的溶液。将正硅酸己酯5.821g先溶于14.67ml乙醇溶液中，再加入去离子水14.67ml进行预水解后形成1.0mol/L浓度的溶液。称20gPEG，按PEG∶水质量比2∶10将PEG溶解在100ml水中。称取3.353gAl(OH)3·9H2O分散在67.06ml去离子水中。按PEG∶Mn(NO3)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备ＳｒＴｉＯ↓［３］基压敏电容双功能陶瓷的方法，其特征在于采用液相化学法制备出纳米的施主、受主及改性添加剂，具体工艺包括以下步骤：（一）采用液相化学法分别制备纳米施主、受主及改性添加剂，（１）Ｌａ↓［２］Ｏ ↓［３］纳米施主的制备：先以液相化学沉淀法得到氢氧化物沉淀，经煅烧取得Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］纳米晶粉体，（２）受主及改性添加剂Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｓｉ纳米多元氧化物的制备：用液相化学包裹沉淀法制备纳米受主掺杂剂Ｍｎ的氢氧化物及纳米烧结助溶剂 Ａｌ＋Ｓｉ的氢氧化物作为复合前驱体，经煅烧取得多元氧化物ＭｎＯ↓［２］＋Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＋ＳｉＯ↓［２］纳米晶粉体，（二）ＳｒＴｉＯ↓［３］基压敏电容双功能陶瓷瓷料的制备：（１）首先进行一次配料，按配方ＳｒＣＯ↓［３］ ＋ＴｉＯ↓［２］＋（０．６％－１．０％）Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］的量比称取ＳｒＣＯ↓［３］、ＴｉＯ↓［２］及前面步骤（一）所述制备方法得到的纳米Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］，进行球磨，按料、水及玛瑙球为１∶１∶４到１∶２∶４的比例进行球磨，将磨好的料在１１０～１３０℃温度下烘干后过筛进行ＳｒＴｉＯ↓［３］的预合成，在合成温度１１００～１３００℃下保温２－３小时，整个煅烧过程为固相反应，主晶相为ＳｒＴｉＯ↓［３］晶体，（２）进行二次配料，在上述配料的基础上，再加入前面步骤（一） 所述制备得到的纳米粉体（０．５－１．０％）ＭｎＯ↓［２］、（０．２－０．５％）Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］和（０．４－１．０％）ＳｉＯ↓［２］，。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：季惠明，徐明霞，李翠霞，张周，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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