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1、10申请公布号CN104150902A43申请公布日20141119CN104150902A21申请号201410346629122申请日20140721C04B35/50200601C04B35/624200601C04B35/62220060171申请人河南科技大学地址471000河南省洛阳市涧西区西苑路48号72发明人张超王晓飞康大伟王赵武帅小敏李立本74专利代理机构洛阳公信知识产权事务所普通合伙41120代理人罗民健54发明名称一种新型多铁电介质陶瓷的制备方法57摘要一种新型多铁电介质陶瓷的制备方法,通过配料的混合、溶解,并添加相应的催化剂或络合剂,经干燥、热解、研磨、预烧、烧制后得到。
2、成品,本发明烧结温度低,易于实施,且制得的电介质陶瓷纯度高、品相好,综合性能优良。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页10申请公布号CN104150902ACN104150902A1/1页21一种新型多铁电介质陶瓷的制备方法,其特征在于包括以下步骤步骤一、按照金属离子TB和MN的摩尔比为12的比例称取TB4O7和MNCH3COO24H2O为原料,将上述两种原料分别溶解在2MOL/L的稀硝酸溶液和去离子水中,然后将这两种溶液混合并通过磁力搅拌机搅拌均匀,加去离子水将溶液中TB离子的浓度调至02MOL/L,继。
3、续搅拌4H后,备用;步骤二、向步骤一得到的溶液中加入与溶液中金属离子总量等摩尔量的C6H8O7H2O,搅拌24H,然后用氨水将溶液PH值调至35,将得到的溶液通过120油浴蒸发制得蓬松块状固体,将所得块状固体研磨成粉末状后放入坩埚,加热升温至300发生自蔓延燃烧进行除胶,得到除胶后的剩余粉体再升温至500保温6H,制得混合粉料备用;步骤三、将上述混合粉料装入玛瑙球磨罐中,并加入二氧化硅和氧化镁的混合氧化物,加入量为混合粉料总质量的万分之一,以无水乙醇作为介质球磨时间24H,将球磨好的浆料80下烘干并分离出粉料后,在玛瑙研钵中研磨3H,最后装入氧化铝坩埚在空气中于900进行预烧,预烧时间为5H;。
4、步骤四、将步骤三预烧好的粉末再次装入玛瑙球磨罐中按照步骤三的方法进行球磨、研磨和预烧处理;步骤五、将步骤四得到的粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量浓度为10的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇溶液的加入量为粉末质量的5,研磨研磨2H后在80下烘干,过120目筛后备用;步骤六、将步骤五所得粉末在40MPA压强下压成半径为10MM厚度为2MM的坯体,然后放入氧化铝坩埚中加入垫料在空气中烧结,升温速率为5/MIN,升温至500时排塑3H,然后继续升温至1100,保温6H后,将温度以1/MIN的速率降至950,停止加热,随炉冷却至室温,即制得多铁电介质陶瓷。权利要求书CN104150902A1/4页3一种新型多铁电介质。
5、陶瓷的制备方法技术领域0001本发明涉及一种介电陶瓷的制备方法,具体的说是涉及一种新型多铁电介质陶瓷的制备方法。背景技术0002多铁性材料是一类同时具有多种有序相的材料,其丰富的物理和在多功能电子器件方面的巨大潜在应用吸引了人们很多的注意力。TBMN2O5作为一个代表,是多铁性材料家族中重要的一员,它表现出丰富的相图和很多新颖有趣的物理现象,如巨磁介电效应、磁致电极化反转效应等。外加电场可以诱发铁磁性、铁电性,存在乘积关系的磁电效应。这类材料的铁电相变温度在27K左右,反铁磁相变温度在45K左右,人们主要关注其电、磁性能(JTHANETAL,JACS2006,128,14454LCCHAPON。
6、ETAL,PRL2004,93,177402)。然而TBMN2O5作为一种电介质陶瓷材料的制备工艺及其介电性能还未被研究。发明内容0003本发明为了解决上述技术问题,提供一种型多铁电介质陶瓷的制备方法,该制备方法烧结温度低,易于实施,且制得的电介质陶瓷纯度高、品相好,综合性能优良。0004本发明所采用的技术方案是一种新型多铁电介质陶瓷的制备方法,包括以下步骤步骤一、按照金属离子TB和MN的摩尔比为12的比例称取TB4O7和MNCH3COO24H2O为原料,将上述两种原料分别溶解在2MOL/L的稀硝酸溶液和去离子水中,然后将这两种溶液混合并通过磁力搅拌机搅拌均匀,加去离子水将溶液中TB离子的浓度。
7、调至02MOL/L,继续搅拌4H后,备用;步骤二、向步骤一得到的溶液中加入与溶液中金属离子总量等摩尔量的C6H8O7H2O,搅拌24H,然后用氨水将溶液PH值调至35,将得到的溶液通过120油浴蒸发制得蓬松块状固体,将所得块状固体研磨成粉末状后放入坩埚,加热升温至300发生自蔓延燃烧进行除胶,得到除胶后的剩余粉体再升温至500保温6H,制得混合粉料备用;步骤三、将上述混合粉料装入玛瑙球磨罐中,并加入二氧化硅和氧化镁混合氧化物,加入量为混合粉料总质量的万分之一,以无水乙醇作为介质球磨时间24H,将球磨好的浆料80下烘干并分离出粉料后,在玛瑙研钵中研磨3H,最后装入氧化铝坩埚在空气中于900进行预。
8、烧,预烧时间为5H;步骤四、将步骤三预烧好的粉末再次装入玛瑙球磨罐中按照步骤三的方法进行球磨、研磨和预烧处理;步骤五、将步骤四得到的粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量浓度为10的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇溶液的加入量为粉末质量的5,研磨研磨2H后在80下烘干,过120目筛后备用;步骤六、将步骤五所得粉末在40MPA压强下压成半径为10MM厚度为2MM的坯体,说明书CN104150902A2/4页4然后放入氧化铝坩埚中加入垫料在空气中烧结,升温速率为5/MIN,升温至500时排塑3H,然后继续升温至1100,保温6H后,将温度以1/MIN的速率降至950,停止加热,随炉冷却至室温,即制得多铁电介质陶瓷。0。
9、005所述TB4O7、MNCH3COO24H2O、C6H8O7H2O、NH3H2O和HNO3为分析纯。0006本发明的有益效果(1)本发明采用溶胶凝胶法合成TBMN2O5陶瓷,与传统方法相比大为降低了材料的烧结温度,同时易于实施,该工艺制作成本低廉,使得TBMN2O5电介质陶瓷制备的批量化生产成为可能;(2)本发明所得TBMN2O5电介质陶瓷成品纯度高,颗粒分布窄,颗粒团聚程度低,品相好,综合性能优良;(3)本发明通过添加二氧化硅和氧化镁的混合氧化物,不仅提高了产品的致密度,而且使得TBMN2O5陶瓷的介电常数有所增加,其介电损耗明显降低,使得其介电性能得到了改善。附图说明0007图1为850。
10、预烧后的TBMN2O5粉末的X射线衍射图谱;图2为900预烧后的TBMN2O5粉末的X射线衍射图谱;图3为烧结温度1100时制得的TBMN2O5陶瓷的扫描电镜图;图4为1100下烧结的未加入微量氧化物的TBMN2O5陶瓷在不同频率下介电常数随温度的变化图;图5为1100下烧结的加入微量氧化物的TBMN2O5陶瓷在不同频率下介电常数随温度的变化图;图6为1100下烧结的未加入氧化物的TBMN2O5陶瓷在不同频率下介电损耗随温度的变化图;图7为1100下烧结的加入微氧化物的TBMN2O5陶瓷在不同频率下介电损耗随温度的变化图。具体实施方式0008下面通过具体实施方式对本发明进行进一步说明。0009。
11、一种新型多铁电介质陶瓷的制备方法,包括以下步骤步骤一、按照金属离子TB和MN的摩尔比为12的比例称取纯度为9999的TB4O7和纯度为995MNCH3COO24H2O为原料,将上述两种原料分别溶解在2MOL/L的稀硝酸溶液和去离子水中,然后将这两种溶液混合并通过磁力搅拌机搅拌均匀,加去离子水将溶液中TB离子的浓度调至02MOL/L,继续搅拌4H后,备用;步骤二、向步骤一得到的溶液中加入与溶液中金属离子总量等摩尔量的C6H8O7H2O,搅拌24H,然后用氨水将溶液PH值调至35,将得到的溶液通过120油浴蒸发制得蓬松块状固体,将所得块状固体研磨成粉末状后放入坩埚,加热升温至300发生自蔓延燃烧进。
12、行除胶,得到除胶后的剩余粉体再升温至500保温6H,制得混合粉料备用;步骤三、将上述混合粉料装入玛瑙球磨罐中,并加入二氧化硅和氧化镁混合氧化物,加说明书CN104150902A3/4页5入量为混合粉料总质量的万分之一,其中二氧化硅和氧化镁以任意比例混合,以无水乙醇作为介质球磨时间24H,将球磨好的浆料80下烘干并分离出粉料后,在玛瑙研钵中研磨3H,最后装入氧化铝坩埚在空气中于900进行预烧,预烧时间为5H;步骤四、将步骤三预烧好的粉末再次装入玛瑙球磨罐中按照步骤三的方法进行球磨、研磨和预烧处理;步骤五、将步骤四得到的粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量浓度为10的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇溶液的加入量为粉。
13、末质量的5,研磨研磨2H后在80下烘干,过120目筛后备用;步骤六、将步骤五所得粉末在40MPA压强下压成半径为10MM厚度为2MM的坯体,然后放入氧化铝坩埚中加入垫料在空气中烧结,升温速率为5/MIN,升温至500时排塑3H,然后继续升温至1100,保温6H后,将温度以1/MIN的速率降至950,停止加热,随炉冷却至室温,即制得多铁电介质陶瓷。0010步骤七、将步骤六得到的多铁电介质陶瓷用金相砂纸打磨、抛光、用丙酮溶液超生清洗;步骤八、将清洗好的陶瓷用磁控溅射仪在其上下表面分别溅射铂电极,其中溅射顶电极采取掩模板遮挡溅射,顶电极面积7065MM,形成金属绝缘体金属平行板电容器结构,即得到成品。
14、。0011所述TB4O7、MNCH3COO24H2O、C6H8O7H2O、NH3H2O和HNO3为分析纯。0012步骤五种所使用聚乙烯醇溶液为聚乙烯醇粉末和去离子水配制,其质量分数为10;步骤八中磁控溅射所使用仪器为JGP350型高真空多靶磁控溅射仪,溅射真空度为0003PA,溅射功率为70W,溅射时间为5MIN。0013步骤三中,TBMN2O5粉末在900预烧,900,预烧温度过高时会使得粉末颗粒过大,从而会使后续压坯困难;而预烧温度过低时易出现杂相,从图1可以看出,850下预烧TBMN2O5有杂相,如图2所示900预烧TBMN2O5粉末的X射线衍射图谱,能较好的去除杂相。从图2看出在900。
15、下预烧的TBMN2O5粉末纯相结构。因此TBMN2O5粉末的最佳预烧温度为900。0014陶瓷材料在制作过程中,其烧结温度不可过高,烧结温度过高时会使得烧出的成品变形,温度过高不但造成能源浪费,而且会使得烧出陶瓷样品变形。图3为1100下烧结的TBMN2O5陶瓷的扫描电镜图(SEM),可以看出在1100烧结的TBMN2O5陶瓷达到较好的致密化。通过图2可以看出在1100下烧结TBMN2O5陶瓷为纯相。因此,TBMN2O5陶瓷的最佳烧结温度为1100。0015步骤三中,按照TBMN2O5分子式化学计量比采用溶胶凝胶法制得混合粉料,并加入微量二氧化硅和氧化镁等氧化物,对于电介质陶瓷人们一直期望高介。
16、电,低损耗。图4和5分别为微量的氧化钙、二氧化硅和氧化镁等氧化物加入前和加入后TBMN2O5陶瓷不同频率下介电常数随温度的变化(1100下烧结);图6和图7分别为微量氧化物加入前和加入后TBMN2O5陶瓷不同频率下介电损耗随温度的变化(1100下烧结)。从图可以看出,加入微量氧化物,不但使得TBMN2O5陶瓷的介电常数略有增加,而且使得其介电损耗明显降低。因此,加入二氧化硅和氧化镁混合氧化物,可以使TBMN2O5陶瓷介电性能得到改善。0016步骤五中,通过在300发生自蔓延反应进行除胶,有效去除产品杂质,提高产品说明书CN104150902A4/4页6品质,经除胶后的粉体升温500保温6H能够有效提高混合粉体晶化效果。说明书CN104150902A1/4页7图1图2说明书附图CN104150902A2/4页8图3说明书附图CN104150902A3/4页9图4图5说明书附图CN104150902A4/4页10图6图7说明书附图CN104150902A10。