CN100429174C

CN100429174C - 一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法

Info

Publication number: CN100429174C
Application number: CNB2006100807266A
Authority: CN
Inventors: 林慧兴; 罗澜; 陈玮; 管恩祥; 杨爱民; 王建刚
Original assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Jiangxi Sunflex Light Retroreflective Material Co., Ltd.
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: CN1844046A

Abstract

本发明涉及一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料制备技术领域。本发明按摩尔比BaCO₃∶TiO₂＝1∶(4.4～4.6)配比原料；外加添加剂五氧化二钒(V₂O₅)，其添加量为原料重量的0.2～5.0wt%，外加添加剂二氧化锡(SnO₂)，其添加量为原料重量的0～3.0wt%，外加添加剂三氧化二铝(Al₂O₃)，其添加量为原料重量的0～3.0wt%配成混合料；在混合料中分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合，在140～200℃下烘干，装入刚玉莫来石匣钵中，高温煅烧得到所需材料。本发明制造的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体可以广泛应用于各类高性能微波陶瓷材料的制备，在多层带通滤波器、高通滤波器，低通滤波器，双工器，天线、巴伦等多层微波频率器件的设计和生产中具有广阔应用前景。

Description

一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

随着移动通信事业的迅猛发展，微波介质滤波器、微波介质谐振器及微波介质振荡器等越来越受到人们的广泛重视。这些微波器件主要应用于商用无线通信系统，诸如发展很快的蜂窝式移动通信系统(450～900MHz)，目前正在使用的第二代和即将开发的第三代移动通信系统(约2GHz)，无绳电话(2.3GHz)，电视接收系统(TVRO，2～5GHz)，直接广播系统(DBS，11～13GHz)和卫星通信系统(20～30GHz)等。随着技术发展，无线电报、高清晰度电视、电视对话以及多种形式的私人通信将进入人们的生活中，对微波器件性能的要求会越来越高。微波介质陶瓷是制造这些器件的关键材料。自20世纪80年代以来，一系列高性能微波介质陶瓷的出现，导致了小型化的微波介质谐振器、滤波器和振荡器的开发，加速了移动机的高性能和小型化进程。用于微波器件的微波介质陶瓷必须具备以下性能：①高介电常数ε_r，因谐振器的尺寸大小与介电常数的平方根成反比；②低介电损耗tg δ(或高品质因数Q)以保证优良的选频性；③谐振频率温度系数(τ_f)尽可能地接近于0ppm/℃以保证稳定性。

单相Ba₂Ti₉O₂₀的相对介电常数为ε_r＝39.8，在4GHz时，介电损耗低其品质因数Q值＞8000，而且其谐振频率的温度系数为τ_f＝2ppm/℃，是目前用于高频微波元件制造的重要微波介质材料之一，特别适于制作微波介质谐振器和卫星用滤波器等高介高频元器件。

单相Ba₂Ti₉O₂₀的合成非常困难。尽管Ba₂Ti₉O₂₀相早在1958年就由Jonker和Kwestro发现，但直至目前，一种简单、经济、工艺稳定和适合批量生产的单相Ba₂Ti₉O₂₀的合成方法，仍然是许多国家研究开发工作的热点。O`Bryan等人研究了Ba₂Ti₉O₂₀附近的相图，发现Ba₂Ti₉O₂₀相在1200℃以上向富钡区弯曲，呈一定的曲线形状，这可能是单相Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷不易形成的主要原因。O`Bryan的实验表明：单相的Ba₂Ti₉O₂₀只存在于Ba∶Ti＝2∶9附近很窄的一个组成区域里。

近来化学法制造Ba₂Ti₉O₂₀粉体引起多方面的注意。Ritter等通过醇盐水解法，在1100℃下长时间处理(543h)获得单相的Ba₂Ti₉O₂₀。Javadpour等以钛酸丁酯和BaCO₃为原料，利用液相混合法，在1200℃/110h的条件下获得单相的Ba₂Ti₉O₂₀粉体。Pfaff以BaCl₂和TiCl₄为原料，利用共沉淀法在900℃下得到单相的Ba₂Ti₉O₂₀粉体。Xu等以EDTA为络合剂，采用液相混合法，在1200℃/2～6h条件下，获得单相的Ba₂Ti₉O₂₀粉体。化学法制造Ba₂Ti₉O₂₀粉体的方法虽然很多，但不少方法都存在一些缺点，如产量较低、工艺复杂成本高、需要低温或高温下操作、或需要气氛保护、需要长时间煅烧(100h以上)、不利于扩大生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法。在BaCO₃与TiO₂的混合料中添加少量的添加剂V₂O₅、SnO₂及Al₂O₃，可以达到降低Ba₂Ti₉O₂₀相形成温度，缩短Ba₂Ti₉O₂₀的合成时间，同时可以保持合成的Ba₂Ti₉O₂₀优异微波介电性能，并具有高的烧结活性。此方法简单、方便，适合于大量合成Ba₂Ti₉O₂₀粉体。

本发明提供的制备方法，具体描述如下：

1、按下列配比进行配料：

(1)BaCO₃∶TiO₂＝1∶(4.4～4.6)(摩尔比)

(2)外加添加剂五氧化二钒(V₂O₅)，其添加量为(BaCO₃+TiO₂)重量的0.2～5.0wt％

(3)外加添加剂二氧化锡(SnO₂)，其添加量为(BaCO₃+TiO₂)重量的0～3.0wt％

(4)外加添加剂三氧化二铝(Al₂O₃)，其添加量为(BaCO₃+TiO₂)重量的0～3.0wt％

2、按上述BaCO₃、TiO₂、V₂O₅、SnO₂和Al₂O₃的配比称量，按混合料与去离子水、氧化锆球的重量比为1∶2∶2，分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合16～24h，在140～200℃下烘干，装入刚玉莫来石匣钵中，在电炉温度为1100～1280℃的恒温区煅烧2～8h，就可以得到高活性的单相Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体。

该制造方法具有以下效果：

(1)缩短Ba₂Ti₉O₂₀合成时间，大大降低了能耗并可以提高合成Ba₂Ti₉O₂₀相具有高的活性；

(2)可获得高纯度单相的Ba₂Ti₉O₂₀粉体；

(3)工艺稳定，重现性好，适合批量生产；

(4)成本低，效率高。

本发明制造的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体可以广泛应用于各类高性能微波陶瓷材料的制备，在多层带通滤波器、高通滤波器，低通滤波器，双工器，天线、巴伦等多层微波频率器件的设计和生产中具有广阔应用前景。

附图说明

图1为用本发明制备的单相Ba₂Ti₉O₂₀粉体的SEM显微结构。

图2为用本发明六个配方所制备出来的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体的XRD。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明的实质性特点和显著进步。应该指出，本发明并非局限于下述各例实施例。

表1是本发明的六个比例配方。

表1

实施例1

按上述比例配方，称量BaCO₃、TiO₂，再加入0.2wt％的V₂O₅，3.0wt％SnO₂及3.0wt％Al₂O₃，按混合料与去离子水、氧化锆球(Φ5mm)的重量比为1∶2∶2，分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合24h，在160℃下烘干，烘干后装入刚玉莫来石匣钵中，在电炉恒温区煅烧4h，电炉恒温区温度为1280℃，就可以得到易破碎高活性的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体。

实施例2

按上述比例配方，称量BaCO₃、TiO₂，再加入1.5wt％的V₂O₅，2.0wt％SnO₂及2.0wt％Al₂O₃，按混合料与去离子水、氧化锆球(Φ5mm)的重量比为1∶2∶2，分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合24h，在160℃下烘干，烘干后装入刚玉莫来石匣钵中，在电炉的恒温区煅烧4h，电炉恒温区温度为1180℃，就可以得到易破碎高活性的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体。

实施例3

按上述比例配方，称量BaCO₃、TiO₂，再加入3.0wt％的V₂O₅，1.0wt％SnO₂及1.0wt％Al₂O₃，按混合料与去离子水、氧化锆球(Φ5mm)的重量比为1∶2∶2，分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合24h，在160℃下烘干，烘干后装入刚玉莫来石匣钵中，在电炉恒温区煅烧4h，电炉恒温区温度为1150℃，就可以得到易破碎高活性的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体。

实施例4

按上述比例配方，称量BaCO₃、TiO₂，再加入5.0wt％的V₂O₅，0.5wt％SnO₂及0.5wt％Al₂O₃，按混合料与去离子水、氧化锆球(Φ5mm)的重量比为1∶2∶2，分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合24h，在160℃下烘干，烘干后装入刚玉莫来石匣钵中，在电炉恒温区煅烧4h，电炉恒温区温度为1100℃，就可以得到易破碎高活性的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体。

实施例5

按上述比例配方，称量BaCO₃、TiO₂，再加入0.5wt％的V₂O₅，1.5wt％SnO₂及1.5wt％Al₂O₃，按混合料与去离子水、氧化锆球(Φ5mm)的重量比为1∶2∶2，分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合24h，在160℃下烘干，烘干后装入刚玉莫来石匣钵中，在电炉恒温区煅烧5h，电炉恒温区温度为1150℃，就可以得到易破碎高活性的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体。

实施例6

按上述比例配方，称量BaCO₃、TiO₂，再加入0.5wt％的V₂O₅，2.5wt％SnO₂及2.5wt％Al₂O₃，按混合料与去离子水、氧化锆球(Φ5mm)的重量比为1∶2∶2，分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合24h，在160℃下烘干，烘干后装入刚玉莫来石匣钵中，在电炉恒温区煅烧5h，电炉恒温区温度为1150℃，就可以得到易破碎高活性的Ba₂Ti₉O₂₀陶瓷粉体。

Claims

1、一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)按摩尔比BaCO₃∶TiO₂＝1∶(4.4～4.6)配比原料；

(2)外加添加剂五氧化二钒，其添加量为原料重量百分含量0.2～5.0，外加添加剂二氧化锡，其添加量为原料重量百分含量0～3.0，外加添加剂三氧化二铝，其添加量为原料重量百分含量0～3.0，配成混合料；

(3)混合料中分别加入去离子水和氧化锆球，在球磨机中滚动球磨混合，在140～200℃下烘干，装入刚玉莫来石匣钵中，高温煅烧得到所需材料。

2、按权利要求1所述的一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的煅烧条件为1100～1280℃的恒温区煅烧2～8h。

3、按权利要求1所述的一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法，其特征在于混合料与去离子水、氧化锆球的重量比为1∶2∶2。

4、按权利要求1所述的一种纯相钡钛系陶瓷材料的制备方法，其特征在于球磨混合的时间为16～24h。