專利名稱：制備鈦酸鍶系多功能陶瓷的液相涂覆法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，更進一步是涉及到堿金屬離子的液相涂覆技術(shù)。
鈦酸鍶(SrTiO3)系電容-壓敏電阻多功能陶瓷是一種利用陶瓷晶界效應(yīng)的半導體陶瓷。為獲得其功能，在制備中一般需經(jīng)過兩個重要過程一是晶粒半導化過程;二是晶界形成過程。晶粒半導化通常是摻雜少量施主性添加劑(如Nb2O5，Y2O3等)，在還原性氣氛中高溫燒結(jié)而得以實現(xiàn);而晶界形成過程是氧以及受主性雜質(zhì)在晶粒邊界的擴散的過程。形成鈦酸鍶系陶瓷晶界的方法主要有在原材料中直接摻入受主雜質(zhì)，利用燒結(jié)過程中受主雜質(zhì)在晶界上的偏析形成晶界層。如用Li+作為受主雜質(zhì)摻雜，低溫一次燒成SrTiO3邊界層電容器陶瓷(徐保民等，硅酸鹽學報，Vol.20，No.1，p.16，1992)。這種方法受主雜質(zhì)的偏析量和晶界層厚度等難以控制;采用氣相擴散法，將已燒成的半導化的陶瓷基體用受主雜質(zhì)氣相擴散進入晶界，形成晶界層。用這種方法，選擇能在高溫下氣化的受主氧化物范圍很窄;涂覆熱擴散法，即在已燒成的半導化的陶瓷基體表面上涂覆一種或多種受主雜質(zhì)，在高溫下中進行二次熱處理。這種方法在制備晶界層電容器陶瓷中使用較普遍。該方法主要涉及兩個問題一是涂覆物的選擇，二是涂覆方法。用于制備邊界層電容器的涂覆物，如Bi2O3、PbO、CuO等(①M.Fujimoto等，J.Am.Ceram.Soc.，Vol.68，No.4，169，1985。②P.E.C.Franken等，J.Am.Ceram.Soc.，Vol.64，No.12，687，1981)均在晶界處形成了絕緣的第二相，而且擴散層較厚，這對陶瓷要有良好的壓敏特性是不利的。采用堿金屬氧化物Na2O涂覆，能獲得較好的電容-壓敏特性(M.Fujimoto等，J.Am.Ceram.Soc.，Vol.68，No.11，C-300，1985)。但是，以上的涂覆均為固相涂覆，在陶瓷基片上的涂覆量以及在熱處理時的擴散量難以控制和掌握，這樣將導致產(chǎn)品性能的一致性和重復(fù)性很差。
本發(fā)明目的在于為獲得高性能的電容-壓敏電阻多功能陶瓷提供了一種制備方法，即液相涂覆的方法。該方法能準確地控制涂覆量，有效地控制晶界的形成，以致調(diào)節(jié)電性能參數(shù)，提高產(chǎn)品性能的一致性和重復(fù)性。
本發(fā)明的關(guān)鍵是在SrTiO3陶瓷的晶界形成過程中采用堿金屬離子液相涂覆熱擴散技術(shù)，其工藝步驟如下第一步用常規(guī)方法制備鈦酸鍶系陶瓷基片，拋磨，稱重;
第二步根據(jù)基片的重量配置一定濃度的堿金屬鹽溶液;
第三步將一定量的該堿金屬鹽溶液涂覆到基片表面，烘干;
第四步在氧氣氛中熱處理。
本發(fā)明中所采用的涂覆物是能溶于水的堿金屬鹽類。
涂覆前已半導化的SrTiO3陶瓷基片(后面簡稱基片)用常規(guī)的方法獲得，即將SrTiO3(99.5mol%)，Nb2O5(0.5mol%)，Al2O3(0.04wt%)，SiO2(0.2wt%)混合，壓成φ12mm的圓片，在N2.H2還原性氣氛中1400～1450℃燒成，隨爐自然冷卻。
將基片拋磨到厚度為0.5～2mm，稱出每個基片的平均重量，并折算出每個基片所含的SrTiO3的摩爾數(shù)。將堿金屬鹽中的一種或兩種按涂覆量為0.2～2.0mol%的比例范圍配制成溶液。根據(jù)計算出的每個基片所含的SrTiO3的摩爾數(shù)確定出每個基片的溶液涂覆量。用吸管，將溶液滴到基片的兩個表面上，烘干。然后在900～1200℃。
本發(fā)明的實施例1，用Na2CO3作為涂覆物?；暮穸葹?mm，溶液的濃度按堿金屬離子的含量(以后簡稱涂覆濃度)為0.5mol%，每個基片上滴40微升為參考來配制，其溶液的濃度為280克/升。如欲涂覆濃度為0.75mol%，則可在基片上滴60微升的溶液。其涂覆量，熱處理條件，以及相對應(yīng)的電性能參數(shù)均例于表1。
表1
本發(fā)明的實施例2，用Li2CO3作為涂覆物。其余步驟如實施例1，其涂覆量，熱處理條件，以及相對應(yīng)的電性能參數(shù)均例于表2。
表2
表1和表2中所提到的V1mA為閾值電壓，α為非線性系數(shù)，即α＝1/Log(V10mA/V1mA)(其中V1mA、V10mA為流經(jīng)陶瓷兩端電流為1mA、10mA時的電壓)。
本發(fā)明采用堿金屬離子液相涂覆熱擴散技術(shù)，陶瓷的壓敏特性比較明顯;另外，可以不改變基片的組成，只要通過改變涂覆離子種類、涂覆離子濃度以及熱處理溫度、時間，冷卻方式等就可控制晶界的擴散層，從而控制樣品的電性能，并在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電容-壓敏陶瓷的電性能參數(shù)，這樣可使制備工藝簡化，產(chǎn)品性能的一致性和重復(fù)性大大提高，成本大大降低。
權(quán)利要求
1.制備鈦酸鍶系多功能陶瓷的液相涂覆法，其特征在于，液相涂覆的工藝步驟如下第一步用常規(guī)方法制備鈦酸鍶系陶瓷基片，拋磨，稱重；第二步根據(jù)基片的重量配置一定濃度的堿金屬鹽溶液；第三步將一定量的該堿金屬鹽溶液涂覆到基片表面，烘干；第四步在氧氣氛中熱處理。
2.如權(quán)利要求1所述的液相涂覆法，其特征在于所述的涂覆到基片表面的堿金屬鹽溶液中堿金屬離子的含量為0.2～2.0摩爾百分比。
3.如權(quán)利要求1所述的液相涂覆法，其特征在于所述的熱處理溫度為900～1200℃，保溫時間為15～120分鐘。
4.制備鈦酸鍶系多功能陶瓷的液相涂覆法，其特征在于制備鈦酸鍶系多功能陶瓷所用的涂覆物為能溶于水的堿金屬的鹽類。
全文摘要
本發(fā)明公開一種陶瓷技術(shù)領(lǐng)域的制備鈦酸鍶系多功能陶瓷的液相涂覆法，其工藝步驟為第一步，用常規(guī)方法制備鈦酸鍶陶瓷基片，拋磨，稱重；第二步，根據(jù)基片的重量配制一定濃度的堿金屬鹽溶液；第三步，將一定量的堿金屬鹽溶液涂覆到基片表面，烘干；第四步，在氧氣氛中熱處理。本發(fā)明的涂覆物是能溶于水的堿金屬鹽類。該方法能準確地控制涂覆量，有效地控制陶瓷的晶界和調(diào)節(jié)電性能參數(shù)，提高產(chǎn)品性能的一致性和重復(fù)性。
文檔編號C04B41/50GK1111222SQ9411960
公開日1995年11月8日 申請日期1994年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月10日
發(fā)明者孟中巖, 鄒秦, 陳國崗, 蔡趙輝, 劉陽春, 李建華 申請人:西安交通大學