高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料及其制备方法，其特征在于该陶瓷材料的化学式为Ba0.7Sr0.3(Ti1‑3/4yTmy)O3，其中y=0.002‑0.05。该陶瓷材料的介电常数远高于现有钛酸钡陶瓷材料。该方法采用溶胶‑凝胶法制备陶瓷粉体，在制备过程中，金属离子缓慢反应生成微小粒子并聚集长大，金属盐溶液的粘度逐渐增大形成溶胶，溶胶经脱水后粒子间结构变地紧密，进而转变为凝胶，然后凝胶经煅烧便可得到粉体陶瓷材料，该方法操作简便、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子陶瓷材料
，涉及一种高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料及其制备方法，更具体的说是采用溶胶凝胶制备高介电常数粉体，再通过烧结制备铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷的方法。
技术介绍
钛酸钡（BaTiO3）是一种强介电材料，广泛应用于多层陶瓷电容器介质中。它是电子陶瓷材料的基础原料，被称为电子陶瓷业的支柱。钛酸钡（BaTiO3）陶瓷具有相对较高的介电常数及较低的介电损耗，但随着通讯、电子和医疗卫生等行业的飞速发展，对电子元器件小型化、功能化、低成本和高稳定性等要求越来越高，因此近年来，掺杂改性BaTiO3陶瓷的研究一直是国内外电子陶瓷领域的研究重点之一。对于钛酸钡粉体的合成方法，目前已知的主要有水热合成法、草酸盐法、固相合成法、溶胶-凝胶法等。水热合成法需要高压反应釜，且需有机钛为钛源，制造成本较高。草酸盐法还不能制备纳米晶钛酸钡，此方法有一定的局限性。固相合成法需要高能球磨机，且反应时间较长，RubayyatMahbub*,TakianFakhrul,Md.FakhrulIslam在《Enhanceddielectricpropertiesoftantalumoxidedopedbariumtitanatebasedceramicmaterials》文章中采用固相法制备陶瓷粉体，球磨了大约16-20h，反应时间较长。纯钛酸钡陶瓷室温介电常数大约为几千，钛酸钡陶瓷通过其他元素的掺杂介电常数能产生很大变化。国际上用的各种方法所制的掺杂改性钛酸钡陶瓷的介电常数室温下在居里点附近大都低于20000。目前已有很多掺杂改性钛酸钡基陶瓷，掺杂元素及掺杂含量均对钛酸钡陶瓷有很大影响。ZheSong、HanxingLiu等在《Effectofgrainsizeontheenergystoragepropertiesof(Ba0.4Sr0.6)TiO3paraelectricceramics》中做的测试表明，在居里点附近时晶粒尺寸为5.6µm时介电常数大约为18000，对于介电常数要求更高地方面不能适用。上文提到的《Enhanceddielectricpropertiesoftantalumoxidedopedbariumtitanatebasedceramicmaterials》文章在钛酸钡基陶瓷掺杂不同含量Ta2O5，其介电常数室温最高不超过20000。文章《DielectricpropertiesandtemperaturestabilityofBaTiO3co-dopedLa2O3andTm2O3》在钛酸钡基陶瓷掺杂不同含量La2O3及Tm2O3，室温介电常数最高不超过12000。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高介电常数的铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料及其制备方法。该陶瓷材料的介电常数远高于现有钛酸钡陶瓷材料。该方法采用溶胶-凝胶法制备陶瓷粉体，在制备过程中，金属离子缓慢反应生成微小粒子并聚集长大，金属盐溶液的粘度逐渐增大形成溶胶，溶胶经脱水后粒子间结构变地紧密，进而转变为凝胶，然后凝胶经煅烧便可得到粉体陶瓷材料，该方法操作简便、成本低廉。且制得的陶瓷材料纯度高、粒径小、分散均匀。本专利技术的技术方案是：一种高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料的化学式为Ba0.7Sr0.3(Ti1-3/4yTmy)O3，其中y=0.002-0.05。上述高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：1）配置好A、B、C、D四种液体，将A液调节pH值至5-6，将B液充分溶解后倒入A液，通过磁力搅拌器在80℃下搅拌至澄清，然后调节pH值至5-6，再依次加入C液和D液，搅拌至澄清，调节pH值至5-6，继续搅拌得到透明溶胶；2）将步骤1）得到的透明溶胶静置4h后，再在180℃下烘干6-12h，得到干燥凝胶；3）将步骤2）得到的干燥凝胶研磨后，在箱式炉中先升温至450℃，保温2h，然后升温至900℃，烧结10h，再向样品中加入有机粘结剂，并充分研磨，然后在80℃下烘干，得到初粉；4）将步骤3）得到的初粉采用粉末压片机压制样品，在管式炉中烧结压制好的样品，烧结温度为1300-1360℃，得到铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料；其中A液为柠檬酸溶液，B液为钛酸丁酯溶液，C液由硝酸钡和硝酸锶组成的液体，D液为硝酸铥溶液。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术陶瓷材料采用Tm、Sr复合掺杂，化学式为Ba0.7Sr0.3(Ti1-3/4yTmy)O3，y取值为0002-0.05，此时陶瓷材料的介电常数极高，室温下测试频率为120Hz时介电常数高达1000000，介电常数远远高于其他钛酸钡陶瓷，此陶瓷材料可应用于需求大介电常数的电子类器件，对推进电子行业的发展起了突破性作用。本专利技术方法采用溶胶-凝胶法制备铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料，溶解前驱体原料几乎可实现分子水平上的均匀混合，在较低温度下便可得到纯度高、粒度小、烧结活性高的陶瓷粉体。本专利技术掺杂的锶元素，可在钛酸钡基体中无限固溶，锶占据钛酸钡中部分钡的位置，能起到降低介电损耗的作用，掺杂铥元素能起到提高介电常数的作用，铥、锶共掺杂能大大提高钛酸钡的介电性能，室温下测试频率为120Hz时介电常数高达1000000且介电损耗较低。制备过程是把柠檬酸溶液与硝酸钡、锶、铥溶液及钛酸丁酯溶液在适当pH值条件下充分混合，通过磁力搅拌器在适当温度及转速下形成均匀凝胶，之后对凝胶进行烧结形成初粉，初粉压块烧结后得到铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷的过程。通过XRD的严格分析得到了室温下立方相钙钛矿结构的铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料（Ba0.7Sr0.3(Ti0.9925Tm0.01)O3）的XRD分析结果；图2是本专利技术实施例1制得的高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料（Ba0.7Sr0.3(Ti0.9925Tm0.01)O3）在不同频率下的室温介电常数。具体实施方式以下结合实施例及附图进一步详细说明本专利技术，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。特别说明的是制备本专利技术所用的试剂均为市售，且均为分析纯。其中使用设备为：磁力搅拌器、电热恒温干燥箱、箱式炉、粉末压片机、管式炉。测试仪器为：X射线衍射仪、高精度LCR测试仪。本专利技术高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料（简称陶瓷材料），其特征在于该陶瓷材料的化学式为Ba0.7Sr0.3(Ti1-3/4yTmy)O3，其中y=0.002-0.05。本专利技术陶瓷材料的进一步特征在于该陶瓷材料由摩尔比为0.7:0.3:（1-3/4y）:y的硝酸钡、硝酸锶（Sr(NO3)2）、钛酸丁酯（C16H36O4Ti）、六水硝酸铥制备而成。一种高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：1）配置好A、B、C、D四种液体，将A液调节pH值至5-6，将B液充分溶解后倒入A液，通过磁力搅拌器在80℃下搅拌20min至澄清，然后调节pH值至5-6，再依次加入C液和D液，搅拌至澄清，调节pH值至5-6，继续搅拌2h得到透明溶胶；2）将步骤1）得到的透明溶胶静置4h后，再在180℃下烘干6-12h，得到干燥凝胶；3）将步骤2）得到的干燥凝胶研磨后，在箱式炉中先升温至4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料的化学式为Ba0.7Sr0.3(Ti1‑3/4yTmy)O3，其中y=0.002‑0.05。

【技术特征摘要】
1.一种高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料的化学式为Ba0.7Sr0.3(Ti1-3/4yTmy)O3，其中y=0.002-0.05。2.根据权利要求1所述的高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料由摩尔比为0.7:0.3:（1-3/4y）:y的硝酸钡、硝酸锶、钛酸丁酯、六水硝酸铥制备而成。3.一种权利要求2所述高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：1）配置好A、B、C、D四种液体，将A液调节pH值至5-6，将B液充分溶解后倒入A液，通过磁力搅拌器在80℃下搅拌至澄清，然后调节pH值至5-6，再依次加入C液和D液，搅拌至澄清，调节pH值至5-6，继续搅拌得到透明溶胶；2）将步骤1）得到的透明溶胶静置4...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜安，王彩月，马瑞娜，范永哲，曹晓明，陈晨，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12