CN102910908B - 一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备工艺 - Google Patents
一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备工艺，本发明涉及一种陶瓷的制备工艺；为了解决以往Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备过程存在的过程繁复、成品品相不好等缺陷，本发明提供一种溶胶-凝胶法，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，制得Y2MnCoO6电介质陶瓷，所得Y2MnCoO6电介质陶瓷可广泛应用于陶瓷用品领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电介质陶瓷的制作方法，具体的说是一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备工艺。
背景技术
90年代末，研究人员发现双钙钛矿氧化物体系中存在一系列诸如非常规高温超导、室温巨磁阻效应和室温隧穿型巨磁阻效应(TMR)，从而使得双钙钛矿氧化物体系的研究在理论和实验两个方面都受到了高度的关注（K. D. Truong et al, pHys. Rev. B, 2007, 76, 132413; N. S. Rogado et al, Adv. Mater., 2005,17, 2225; S. M. Zhou et al, Appl. pHys.Lett., 2007, 91, 172505），双钙钛矿氧化物由于它特殊的催化性、磁性、介电性和巨磁阻性质，迄今已成为凝聚态物理中一个十分活跃的前沿研究领域，并且兴起了世界范围内探索双钙钛矿有效的合成方法和性质研究的热潮。Y2MnCoO6作为一个代表，常作为一种电介质陶瓷材料使用。传统的Y2MnCoO6电介质陶瓷的合成方法为高温固相反应法，但其缺点十分严重，比如烧结温度过高(大多高于1300℃)，制作成本过高，且由于原子需要做长程迁移运动，反应不能进行彻底，从而导致多相、杂相的产生，这些都会极大地影响产物的化学和物理性质。
发明内容
为解决上述Y2MnCoO6电介质陶瓷材料制作成本过高，工艺难以实施且成品杂质过多、品相不好等问题，本发明提供一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备工艺，该工艺实施成本低，易于操作，所制成品无杂相，能够有效的避免上述问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照2:1:1的摩尔比分别称取纯度为99.99%的Y(NO3)3·6H2O、纯度为99.5% Mn(CH3COO)2·4H2O和纯度为99.5%的Co(CH3COO)2 ·4H2O混合，加入去离子水溶解，然后通过磁力搅拌机使其充分溶解并搅拌均匀，并将溶液浓度调至0.2mol/L，继续搅拌4h后，备用；
步骤二、向步骤一所得溶液中加入与溶液金属离子总量等摩尔量的纯度为99%的C6H8O7·H2O，搅拌24h后，用氨水将溶液pH值调至5.5-6.5，将溶液通过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℃后保温3h，之后自然冷却至室温并取出，制得混合粉料备用；
步骤三、将步骤二所得混合粉料在玛瑙研钵中研磨3h后，装入氧化铝坩埚中，加热升温至900℃后，恒温进行预烧，预烧时间为6h，之后自然冷却，将所得粉末放入玛瑙球磨罐中研磨3h，之后装入氧化铝坩埚以相同条件进行二次预烧，待其自然冷却后所得粉末备用；
步骤四、将步骤三所得粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量分数为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2h，然后将所得粉末放入鼓风干燥箱中在80℃温度下烘干5-6h，将烘干后的粉末过120目筛后备用；
步骤五、将步骤四所得粉末在40 MPa压强下压制成型，然后放入氧化铝坩埚中进行烧结，升温速率为5℃/min，待温度升至500℃，保温排塑3h，然后继续升温至1200 ℃，保温10h后，将温度以2℃/min的速率降至950℃，停止加热，自然冷却至室温，即制得成品。
所述Y(NO3)3·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O、C6H8O7·H2O的纯度为分析纯。
所述步骤四所得粉末在压制成型后放入氧化铝坩埚中烧结前，氧化铝坩埚中加有垫料。
有益效果：
1.本发明易于实施，由于降低了烧结温度，使得该工艺制作成本低廉，使的Y2MnCoO6电介质陶瓷制备的批量化生产成为可能；
2.本发明所得Y2MnCoO6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。
附图说明
图1是经850 ℃预烧后的Y2MnCoO6粉末的X射线衍射图谱；
图2是经900 ℃预烧后的Y2MnCoO6粉末的X射线衍射图谱；
图3是烧结温度为1150 ℃时制得的Y2MnCoO6陶瓷的扫描电镜图；
图4是烧结温度为1200 ℃时制得的Y2MnCoO6陶瓷的扫描电镜图。
具体实施方式
下面阐述本发明的具体实施方式：一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、按照2:1:1的摩尔比分别称取纯度为99.99%的Y(NO3)3·6H2O、纯度为99.5% Mn(CH3COO)2·4H2O和纯度为99.5%的Co(CH3COO)2 ·4H2O混合，加入去离子水溶解，然后通过磁力搅拌机使其充分溶解并搅拌均匀，并将溶液浓度调至0.2mol/L，继续搅拌4h后，备用；
步骤二、向步骤一所得溶液中加入与溶液金属离子总量等摩尔量的纯度为99%的C6H8O7·H2O，搅拌24h后，用氨水将溶液pH值调至5.5-6.5，将溶液通过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℃后保温3h，之后自然冷却至室温并取出，制得混合粉料备用；
步骤三、将步骤二所得混合粉料在玛瑙研钵中研磨3h后，装入氧化铝坩埚中，加热升温至900℃后，恒温进行预烧，预烧时间为6h，之后自然冷却，将所得粉末放入玛瑙球磨罐中研磨3h，之后装入氧化铝坩埚以相同条件进行二次预烧，待其自然冷却后所得粉末备用；
步骤四、将步骤三所得粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量分数为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2h，然后将所得粉末放入鼓风干燥箱中在80℃温度下烘干5-6h，将烘干后的粉末过120目筛后备用；
步骤五、将步骤四所得粉末在40 MPa压强下压制成型，然后放入氧化铝坩埚中进行烧结，升温速率为5℃/min，待温度升至500℃，保温排塑3h，然后继续升温至1200 ℃，保温10h后，将温度以2℃/min的速率降至950℃，停止加热，自然冷却至室温，即制得成品。
所述Y(NO3)3·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O、C6H8O7·H2O的纯度为分析纯。
所述步骤四所得粉末在压制成型后放入氧化铝坩埚中烧结前，氧化铝坩埚中加有垫料。
Y(NO3)3·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O与Co(CH3COO)2 ·4H2O按2:1:1的摩尔比配比，可以满足溶液中有适当的离子摩尔量配比；
步骤三中的预烧温度为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，如图1所示850℃下预烧Y2MnCoO6粉末的X射线衍射图谱，可以看出850℃下预烧后有杂相存在；预烧温度为900℃时，如图2所示900℃预烧Y2MnCoO6粉末的X射线衍射图谱，能较好的去除杂相。
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，且会造成能源浪费，烧结温度过低时，所得成品致密性差；步骤五中，材料的最佳烧结温度为1200 ℃，如图3烧结温度为1150 ℃时制得Y2MnCoO6陶瓷成品的扫描电镜图（SEM），可看出所得Y2MnCoO6陶瓷致密性较差，图4烧结温度为1200 ℃时制得Y2MnCoO6陶瓷成品的扫描电镜图（SEM）中可以看出烧结温度为1200℃时其均匀性、致密性较佳。
实施例一、
一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照2:1:1的摩尔比分别称取纯度为99.99%的Y(NO3)3·6H2O、纯度为99.5% Mn(CH3COO)2·4H2O和纯度为99.5%的Co(CH3COO)2 ·4H2O混合，加入去离子水溶解，然后通过磁力搅拌机使其充分溶解并搅拌均匀，并将溶液浓度调至0.2mol/L，继续搅拌4h后，备用；
步骤二、向步骤一所得溶液中加入与溶液金属离子总量等摩尔量的纯度为99%的C6H8O7·H2O，搅拌24h后，用氨水将溶液pH值调至5.5，将溶液通过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℃后保温3h，之后自然冷却至室温并取出，制得混合粉料备用；
步骤三、将步骤二所得混合粉料在玛瑙研钵中研磨3h后，装入氧化铝坩埚中，加热升温至900℃后，恒温进行预烧，预烧时间为6h，之后自然冷却，将所得粉末放入玛瑙球磨罐中研磨3h，之后装入氧化铝坩埚以相同条件进行二次预烧，待其自然冷却后所得粉末备用；
步骤四、将步骤三所得粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量分数为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2h，然后将所得粉末放入鼓风干燥箱中在80℃温度下烘干5h，将烘干后的粉末过120目筛后备用；
步骤五、将步骤四所得粉末在40 MPa压强下压制成型，然后放入氧化铝坩埚中进行烧结，升温速率为5℃/min，待温度升至500℃，保温排塑3h，然后继续升温至1200 ℃，保温10h后，将温度以2℃/min的速率降至950℃，停止加热，自然冷却至室温，即制得成品。
所述Y(NO3)3·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O、C6H8O7·H2O的纯度为分析纯。
所述步骤四所得粉末在压制成型后放入氧化铝坩埚中烧结前，氧化铝坩埚中加有垫料。
实施例二、
一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照2:1:1的摩尔比分别称取纯度为99.99%的Y(NO3)3·6H2O、纯度为99.5% Mn(CH3COO)2·4H2O和纯度为99.5%的Co(CH3COO)2 ·4H2O混合，加入去离子水溶解，然后通过磁力搅拌机使其充分溶解并搅拌均匀，并将溶液浓度调至0.2mol/L，继续搅拌4h后，备用；
步骤二、向步骤一所得溶液中加入与溶液金属离子总量等摩尔量的纯度为99%的C6H8O7·H2O，搅拌24h后，用氨水将溶液pH值调至6.5，将溶液通过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℃后保温3h，之后自然冷却至室温并取出，制得混合粉料备用；
步骤三、将步骤二所得混合粉料在玛瑙研钵中研磨3h后，装入氧化铝坩埚中，加热升温至900℃后，恒温进行预烧，预烧时间为6h，之后自然冷却，将所得粉末放入玛瑙球磨罐中研磨3h，之后装入氧化铝坩埚以相同条件进行二次预烧，待其自然冷却后所得粉末备用；
步骤四、将步骤三所得粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量分数为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2h，然后将所得粉末放入鼓风干燥箱中在80℃温度下烘干6h，将烘干后的粉末过120目筛后备用；
步骤五、将步骤四所得粉末在40 MPa压强下压制成型，然后放入氧化铝坩埚中进行烧结，升温速率为5℃/min，待温度升至500℃，保温排塑3h，然后继续升温至1200 ℃，保温10h后，将温度以2℃/min的速率降至950℃，停止加热，自然冷却至室温，即制得成品。
所述Y(NO3)3·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O、C6H8O7·H2O的纯度为分析纯。
所述步骤四所得粉末在压制成型后放入氧化铝坩埚中烧结前，氧化铝坩埚中加有垫料。
Claims (3)
1.一种双钙钛矿Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、按照2:1:1的摩尔比分别称取纯度为99.99%的Y(NO3)3·6H2O、纯度为99.5% Mn(CH3COO)2·4H2O和纯度为99.5%的Co(CH3COO)2 ·4H2O混合，加入去离子水溶解，然后通过磁力搅拌机使其充分溶解并搅拌均匀，并将溶液浓度调至0.2mol/L，继续搅拌4h后，备用；
步骤二、向步骤一所得溶液中加入与溶液金属离子总量等摩尔量的纯度为99%的C6H8O7·H2O，搅拌24h后，用氨水将溶液pH值调至5.5-6.5，将溶液通过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℃后保温3h，之后自然冷却至室温并取出，制得混合粉料备用；
步骤三、将步骤二所得混合粉料在玛瑙研钵中研磨3h后，装入氧化铝坩埚中，加热升温至900℃后，恒温进行预烧，预烧时间为6h，之后自然冷却，将所得粉末放入玛瑙球磨罐中研磨3h，之后装入氧化铝坩埚以相同条件进行二次预烧，待其自然冷却后所得粉末备用；
步骤四、将步骤三所得粉末倒入玛瑙研钵中并加入质量分数为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2h，然后将所得粉末放入鼓风干燥箱中在80℃温度下烘干5-6h，将烘干后的粉末过120目筛后备用；
步骤五、将步骤四所得粉末在40 MPa压强下压制成型，然后放入氧化铝坩埚中进行烧结，升温速率为5℃/min，待温度升至500℃，保温排塑3h，然后继续升温至1200 ℃，保温10h后，将温度以2℃/min的速率降至950℃，停止加热，自然冷却至室温，即制得成品。
2.如权利要求1所述的Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备方法，其特征在于：所述Y(NO3)3·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O、C6H8O7·H2O的纯度为分析纯。
3.如权利要求1所述的Y2MnCoO6电介质陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤四所得粉末在压制成型后放入氧化铝坩埚中烧结前，氧化铝坩埚中加有垫料。
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