一種富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷電介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鍶鋇(B&1 xSrxTi03，BST)為BaT1# SrT1 3組成的無限固溶體，即在BaT1 3結(jié)構(gòu)中，部分Ba2+被Sr 2+所取代，形成A位取代式固溶體，其兼具了 BaT1 3的高介電性與SrTi03的高穩(wěn)定性、低損耗性的特點，可作為陶瓷電容器介質(zhì)材料。目前，BST基低頻陶瓷電容器介質(zhì)還存在諸多問題，主要是介電常數(shù)、介電損耗等性能指標(biāo)間的相互制約。申請?zhí)枮?01010100772.4的中國專利公布了一種陶瓷電介質(zhì)材料及其制備方法，其摩爾百分比組成為 BaC0312.50 ?34.50% ；SrC0314.79 ?37.49% ；Ti0245.29 ?49.39% ；Ce020.01 ?
0.99% ；Dy2030.02 ~ 0.89% ；Μη020.01 ?0.14%，其介電損耗僅為 0.2 % ?0.25 %，介電常數(shù)為3000?3500。申請?zhí)枮?01310019324.5的中國專利公布了一種高介電低損耗介質(zhì)陶瓷及其制備方法，其組成按質(zhì)量百分比為Baa6S2xCo2x03:99.2-99.9%,其中 x = 0 ?0.012 ；Μη02:0.05-0.2 % ；Mg0:0.1_0.4 %，其介電常數(shù)可達(dá) 5296，但介電損耗較高0.83%且配方組成區(qū)別于本專利。申請?zhí)枮?01210519989.8的中國專利公布了一種Bai xSmxNbyTi0.9 yZr0.A基電介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，其質(zhì)量含量組成為Ba! xSmxNbyTi0 9 yZr0 ^99.6%，其中叉=0?0.01，y = 0 ?0.016 ；Mn02:0.1-0.3% ；Mg0:
0.1?0.3%，介電常數(shù)為2863，介電損耗為1.10%。
[0003]隨著鈦酸鍶鋇電介質(zhì)陶瓷中鈣鈦礦晶胞A、B位離子比例變化對瓷料微觀結(jié)構(gòu)及宏觀介電性能影響的逐漸認(rèn)識，富鈦型鈦酸鍶鋇陶瓷開始引起研究人員的關(guān)注?！禡aterials Letters))外國期刊 2014 年第 135 卷在《Composit1nally inhomogeneousT1-excess barium strontium titanate ceramics with a robust dielectrictemperature stabi 1 ity》一文中公開了一種Ti過量摩爾百分比4%的Ba。.75Sra25Ti03陶瓷，通過X衍射分析發(fā)現(xiàn)，其物相組成中出現(xiàn)富鈦相，其室溫介電常數(shù)低于4000，且未涉及介電損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的第一目的在于提供一種高介電常數(shù)、低介電損耗的細(xì)晶富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料；本發(fā)明第二目的是提供該電介質(zhì)陶瓷材料的制備方法。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供一種富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料，包括如下質(zhì)量百分比的組分:
[0006](Baa 75Sr0.25)Ti1+50395.9 ?98.lwt%、Sb2030.8 ?1.2wt%、ZnO 0.1 ?0.3wt%、Μη020.1 ?0.3wt%、Mg0 0.1 ?0.3wt%，Nd2030.8 ?2.0wt%，其中 δ = ο ?0.008。
[0007]其中，作為優(yōu)選，富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料包括如下質(zhì)量百分比的組分:(Ba0 75Sr0 25) Tii + δ 0395.9 ?97.3wt%、Sb2030.8 ?1.2wt%、Zn0 0.1 ?0.3wt%、Mn020.1 ?0.3wt%、Mg0 0.1 ?0.3wt%，Nd203l.6 ?2.0wt%，其中 δ = 0.002 ?0.004。
[0008]進(jìn)一步的，具體來說，富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料包括如下質(zhì)量百分比的組分:(Ba0.75Sr0.25) TiL0020396.4wt %、Sb203l.0wt %、ZnO 0.2wt %、Mn020.2wt %、MgO
0.2wt %，Nd2032.0wt % o
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步提出了上述富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010](1)根據(jù)分子式(Ba0.75Sr0.25)Ti^L00803^ 以 BaC03、SrC03、Ti02為原料按物質(zhì)的量比0.75:0.25:1?1.008制得第一配料物，將該第一配料物經(jīng)球磨、烘干、煅燒，預(yù)合成(8&。.75分。.25) Tii ?L_03粉體；
[0011](2)按上述富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料所述的組分比例向步驟(1)得到的(Baa—.。。辦粉體中加入Sb 203、Zn0、Mn02、Mg0以及Nd203制得第二配料物，將該第二配料物經(jīng)球磨、烘干、造粒、分篩后，模壓成型制得坯體，其中，Sb203作為晶粒生長抑制劑。
[0012](3)將步驟(2)得到的坯體經(jīng)過排膠處理后，然后在1300?1320°C燒結(jié)1?4h制得富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料。
[0013]優(yōu)選的，步驟(1)和(2)中所述球磨是將第一配料物或第二配料物、磨球以及去離子水混合進(jìn)行濕法球磨，其中，第一配料物或第二配料物、磨球以及去離子水的質(zhì)量比為1:5 ?7:2.5 ?3.5ο
[0014]優(yōu)選的，步驟⑴中所述煅燒的溫度為1050?1100°C，煅燒的時間為2?6h。
[0015]優(yōu)選的，步驟⑴所述煅燒采用4?6°C /分鐘的升溫速率。
[0016]優(yōu)選的，步驟⑵中所述造粒是采用質(zhì)量百分比濃度為5?10wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑的加入質(zhì)量為第二配料物的3?10wt%。
[0017]優(yōu)選的，步驟(3)中所述排膠過程是先在200?250°C條件下保溫10?25min，然后在580?620 °C條件下保溫10?25min。
[0018]優(yōu)選的，步驟(3)所述燒結(jié)采用4?6°C /分鐘的升溫速率。
[0019]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)單相固溶體，具有高介電常數(shù)、低介電損耗的特點，且通過晶粒生長抑制劑Sb203的作用，該電介質(zhì)陶瓷材料可得到細(xì)晶結(jié)構(gòu)。同時，本發(fā)明的制備方法得到的陶瓷材料氣孔率低、致密度高、重復(fù)性好。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1制備的富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的表面微觀形貌圖；
[0021]圖2為實施例2制備的富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的表面微觀形貌圖；
[0022]圖3為實施例3制備的富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的表面微觀形貌圖；
[0023]圖4為實施例4制備的富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的表面微觀形貌圖；
[0024]圖5a)、5b)、5c)、5d)分別為實施例1、2、3、4制備的富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，具體實施例的描述本質(zhì)上僅僅是范例，以下實施例基于本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行實施。
[0026]本發(fā)明提供了一種富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料，按質(zhì)量百分比包括下述組分:(Ba0.75Sr0.25)Ti1+50395.9 ?98.lwt %, Sb2030.8 ?1.2wt %、ZnO 0.1 ?0.3wt %,Μη020.1 ?0.3wt%、Mg0 0.1 ?0.3wt%，Nd2030.8 ?2.0wt%，其中 δ = ο ?0.008。
[0027]本發(fā)明提供了一種制備富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的方法，包括如下步驟:
[0028](1)根據(jù)分子式(Ba0.75Sr0.25)Ti^L00803,按照物質(zhì)的量比 0.75:0.25:1 ?1.008稱量起始原料BaC03、SrC0#P Ti02，制得第一配料物。將該第一配料物與氧化鋯磨球以及去離子水按質(zhì)量比1:5?7:2.5?3.5裝入球磨罐，在球磨機中以轉(zhuǎn)速250?350r/min進(jìn)行濕法球磨3?6h后制得球磨漿，將球磨漿料置于料盤，在110?130°C下烘干，并置于坩禍壓實后，在1050?1100°C下煅燒2?6h，控制煅燒的升溫速率為4?6°C /min，預(yù)合成(Ba。.75^0.25) Tij ^ 1._03粉體。
[0029](2)按富鈦型鈦酸鍶鋇基電介質(zhì)陶瓷材料的組分比例向預(yù)合成(Baa75Sra25)Ti卜粉體中加入Sb 203、ZnO、Mn02、MgO以及Nd203制得第二配料物，將該第二配料物與氧化鋯磨球以及去離子水按質(zhì)量比1:5?7:2.5?3.5裝入球磨罐，在球磨機中以轉(zhuǎn)速250?350r/min進(jìn)行濕法球磨3?6h后，于110?130°C條件下烘干，加入相當(dāng)于第二配料物質(zhì)量3?10wt%的聚乙烯醇水溶液造粒，其中聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5?10wt%，然后過40?60目篩，在150?250MPa下模壓成型得到Φ 10mm片狀坯體；將坯體置于氧化鋯陶瓷墊板上，先經(jīng)200?250°C再經(jīng)580?620°C分別排膠10?25min后，然后1300?1320°C下燒結(jié)1?4h，其中控制燒結(jié)的升溫速率為4?6°C /min，待爐冷卻至室溫得到瓷料。
[0030]實施例1
[0031]根據(jù)分子式(Ba^Sra.dTinO^按照物質(zhì)的量比0.75:0.25:1.002稱量起始原料BaC03、SrC03、Ti02，制備成第一配料物，將該第一配料物與氧化鋯磨球以及去離子水按照質(zhì)量比1:6:3裝入尼龍球磨罐，在行星式球磨機中以轉(zhuǎn)速300r/min進(jìn)行濕法球磨4h，所得球磨漿料置于料盤，在130°C下烘干，將烘干粉料置于氧化鋁坩禍壓實后，放入箱式電阻爐中并控制升溫速率為5°C /min，加熱至1080°C后煅燒2h，得到預(yù)合成(Baa75Sra25) 1^.。。203粉體。
[0032]以陶瓷材料總質(zhì)量為100%計，向97.6wt % (Baa75SrQ.25) 1^.。。203粉體中加入1.0wt% Sb203、0.2wt % Mg0、0.2wt% Ζη0、0.2wt% Mn02和 0.8wt% Nd 203，制備第二配料物，濕法球磨4h后，漿料于130°C烘干，加入相當(dāng)于第二配料物質(zhì)量5wt%的聚乙烯醇水溶液造粒，其中