CN103664168B - 一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法 - Google Patents

一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103664168B
CN103664168B CN201310619072.XA CN201310619072A CN103664168B CN 103664168 B CN103664168 B CN 103664168B CN 201310619072 A CN201310619072 A CN 201310619072A CN 103664168 B CN103664168 B CN 103664168B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bctz
multifunction electronic
xla
heating kettle
water heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310619072.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103664168A (zh
Inventor
蒲永平
孙梓雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU SUR LIGHTING CO LTD
Shenzhen Pengbo Information Technology Co ltd
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201310619072.XA priority Critical patent/CN103664168B/zh
Publication of CN103664168A publication Critical patent/CN103664168A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103664168B publication Critical patent/CN103664168B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明提供了一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将BaCl2·2H2O、CaCl2、ZrOCl2·8H2O以及La(NO3)3溶水中配成混合溶液A，搅拌混合溶液A、静置；将TiCl4及NaOH加入至步骤1)中的混合溶液A中配成混合溶液B，搅拌混合溶液B至白色粘稠状，得到水热反应的前驱物；将前驱物移入水热釜中反应；待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，得到多功能电子陶瓷粉体；将BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体通过去离子水洗涤、沉淀；将成型后的坯体在马弗炉中进行微波烧结，得到多功能电子陶瓷。本发明制备的多功能电子陶瓷，具有纯度高、颗粒尺寸均匀等优点；同时，该多功能电子陶瓷不含铅，避免了铅毒对人体以及环境的危害。

Description

一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法
【技术领域】
本发明属于功能材料领域，专利涉及的是一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法。
【背景技术】
BaTiO3是最早发现的一种钙钛矿型电介质材料，曾被称为电子陶瓷产业的支柱被广泛应用于各种电子材料元器件中。其中BCTZ(Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3)体系陶瓷是基于BaTiO3发展而成的新型无铅压电材料。由于其具有无铅且压电常数较高的优点，逐渐替代了传统的PZT(PbZrTiO3)压电陶瓷材料，避免了铅毒对环境以及人体造成的危害。
随着科技的日益发展以及能源的匮乏，多功能陶瓷逐渐成为材料研究的热点。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供了一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法。其采用传统水热法，得到了高纯度、颗粒尺寸均匀的BCTZ-xLa陶瓷粉体，通过采用微波烧结技术，在短时间内得到了高致密度、晶粒尺寸均匀的BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)按Ba：Ca：Zr：La=9:1:1：x的摩尔比将BaCl2·2H2O、CaCl2、ZrOCl2·8H2O以及La(NO3)3溶水中配成混合溶液A，搅拌混合溶液A、静置，其中，x的取值范围为0.00～0.02；
2)按Ti：Ba：[OH-]=1:1：5～10的摩尔比分别将TiCl4及NaOH加入至步骤1)中的混合溶液A中配成混合溶液B，搅拌混合溶液B至白色粘稠状，得到水热反应的前驱物；
3)将前驱物移入水热釜的内衬中，再将内衬放入水热釜中，设定反应温度为150～200℃，反应时间为10～15h；
4)待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，得到BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体；
5)将BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体通过去离子水洗涤、沉淀；
6)将提纯后的BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体烘干、研磨、造粒、成型，再将成型后的坯体在马弗炉中进行微波烧结，烧结温度1100～1300℃、保温时间5～10min，然后随马弗炉冷却至室温，得到BCTZ-xLa多功能电子陶瓷。
本发明进一步改进在于，步骤1)中，x的取值范围为0.005～0.02。
本发明进一步改进在于，步骤1)中，x的取值为0.015或者0.02。
本发明进一步改进在于，步骤3)中，前驱物在水热釜内衬中的填充比为60～80%。
本发明进一步改进在于，步骤3)中，反应温度为180℃，反应时间为12h。
本发明进一步改进在于，步骤6)中，烧结温度为1200℃，保温时间为8min。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、本发明采用传统水热法得到了晶粒细小均匀且混合匀称的BCTZ-xLa陶瓷粉体，避免了固相法带来的杂质，通过采用微波烧结技术，大大缩短了烧结时间且节约了能源，使得制备的BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷具有细小且均匀的晶粒尺寸；
2、本发明通过微量改变x的值，使得BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的电学参数在较大的范围内变化，从而应用在了广泛地电子陶瓷领域；
3、本发明制备的BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷，由于其晶粒尺寸小且成分分布均匀，故由结构起伏相变以及成分起伏相变引起的介电弛豫行为较为明显，由于介电弛豫的存在，可在一些极端环境下仍拥有良好的电学性能；
4、该BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷不含铅，取代了传统的含铅压电材料锆钛酸铅(PZT)，从而避免了铅毒对人体以及环境的危害。
【附图说明】
图1(a)～(e)分别为BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷在x=0.000、x=0.005、x=0.010、x=0.015和x=0.020时的介电常数-温度曲线图，图1(f)为BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的R-T特性曲线图；
图2(a)～(e)分别为BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷在x=0.000、x=0.005、x=0.010、x=0.015和x=0.020时的SEM图片。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
1)按Ba：Ca：Zr：La=9:1:1：0.005的摩尔比将BaCl2·2H2O、CaCl2、ZrOCl2·8H2O以及La(NO3)3溶水中配成混合溶液A，搅拌混合溶液A、静置；
2)按Ti：Ba：[OH-]=1:1：5的摩尔比分别将TiCl4及NaOH加入至步骤1)中的混合溶液A中配成混合溶液B，搅拌混合溶液B至白色粘稠状，得到水热反应的前驱物；
3)将前驱物移入水热釜的内衬中，再将内衬放入水热釜中，设定反应温度为150℃，反应时间为15h，其中，前驱物在水热釜内衬中的填充比为60%；
4)待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，得到BCTZ-0.005La多功能电子陶瓷粉体；
5)将BCTZ-0.005La多功能电子陶瓷粉体通过去离子水洗涤、沉淀；
6)将提纯后的BCTZ-0.005La多功能电子陶瓷粉体烘干、研磨、造粒、成型，再将成型后的坯体在马弗炉中进行微波烧结，烧结温度1100℃、保温时间10min，然后随马弗炉冷却至室温，得到BCTZ-0.005La多功能电子陶瓷。
实施例2：
1)按Ba：Ca：Zr：La=9:1:1：0.010的摩尔比将BaCl2·2H2O、CaCl2、ZrOCl2·8H2O以及La(NO3)3溶水中配成混合溶液A，搅拌混合溶液A、静置；
2)按Ti：Ba：[OH-]=1:1：7的摩尔比分别将TiCl4及NaOH加入至步骤1)中的混合溶液A中配成混合溶液B，搅拌混合溶液B至白色粘稠状，得到水热反应的前驱物；
3)将前驱物移入水热釜的内衬中，再将内衬放入水热釜中，设定反应温度为170℃，反应时间为13h，其中，前驱物在水热釜内衬中的填充比为70%；
4)待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，得到BCTZ-0.010La多功能电子陶瓷粉体；
5)将BCTZ-0.010La多功能电子陶瓷粉体通过去离子水洗涤、沉淀；
6)将提纯后的BCTZ-0.010La多功能电子陶瓷粉体烘干、研磨、造粒、成型，再将成型后的坯体在马弗炉中进行微波烧结，烧结温度1200℃、保温时间7min，然后随马弗炉冷却至室温，得到BCTZ-0.010La多功能电子陶瓷。
实施例3：
1)按Ba：Ca：Zr：La=9:1:1：0.015的摩尔比将BaCl2·2H2O、CaCl2、ZrOCl2·8H2O以及La(NO3)3溶水中配成混合溶液A，搅拌混合溶液A、静置；
2)按Ti：Ba：[OH-]=1:1：8的摩尔比分别将TiCl4及NaOH加入至步骤1)中的混合溶液A中配成混合溶液B，搅拌混合溶液B至白色粘稠状，得到水热反应的前驱物；
3)将前驱物移入水热釜的内衬中，再将内衬放入水热釜中，设定反应温度为180℃，反应时间为12h，其中，前驱物在水热釜内衬中的填充比为75%；
4)待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，得到BCTZ-0.015La多功能电子陶瓷粉体；
5)将BCTZ-0.015La多功能电子陶瓷粉体通过去离子水洗涤、沉淀；
6)将提纯后的BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体烘干、研磨、造粒、成型，再将成型后的坯体在马弗炉中进行微波烧结，烧结温度1150℃、保温时间8min，然后随马弗炉冷却至室温，得到BCTZ-0.015La多功能电子陶瓷。
实施例4：
1)按Ba：Ca：Zr：La=9:1:1：0.020的摩尔比将BaCl2·2H2O、CaCl2、ZrOCl2·8H2O以及La(NO3)3溶水中配成混合溶液A，搅拌混合溶液A、静置；
2)按Ti：Ba：[OH-]=1:1：10的摩尔比分别将TiCl4及NaOH加入至步骤1)中的混合溶液A中配成混合溶液B，搅拌混合溶液B至白色粘稠状，得到水热反应的前驱物；
3)将前驱物移入水热釜的内衬中，再将内衬放入水热釜中，设定反应温度为200℃，反应时间为10h，其中，前驱物在水热釜内衬中的填充比为80%；
4)待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，得到BCTZ-0.020La多功能电子陶瓷粉体；
5)将BCTZ-0.020La多功能电子陶瓷粉体通过去离子水洗涤、沉淀；
6)将提纯后的BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体烘干、研磨、造粒、成型，再将成型后的坯体在马弗炉中进行微波烧结，烧结温度1300℃、保温时间5min，然后随马弗炉冷却至室温，得到BCTZ-0.020La多功能电子陶瓷。
对上述实施例制备的BCTZ-0.020La多功能电子陶瓷的上下两侧用砂纸打磨光滑，涂以Ag浆作为电极，将该BCTZ-0.020La多功能电子陶瓷进行介电常数-温度测量，测得陶瓷在不同频率下(0.1～1000kHz)的介电常数-温度曲线。
参见图1(a)～(f)，本发明所制备的BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷，La在低浓度掺杂时首先取代A位，随着掺杂浓度的提高，La逐渐进入氧八面体中取代B位，与O离子产生偶极子转向极化，由于偶极子转向极化属于弛豫型极化，当频率较高时跟不上外加电场的变化，因此只有在外场频率较低时对极化有贡献；其介电常数-温度曲线表明：当La掺杂浓度较低时，在65℃左右出现居里峰且随着La掺杂量的提高居里温度有所降低且出现三方-四方相转变温度(TO-T)。同时随着La掺杂量的提高介电损耗明显下降。当x提高到0.020时，居里温度降低至55℃且介电常数陡然增加，介电损耗也陡然增大。通过对样品电阻率-温度曲线的测试可知：x=0.015与x=0.020的两个样品其电阻率已达到半导体电容器范围，且表现出正温度系数电容器(PTC)特性。x=0.020的样品在60℃以下外场频率为0.1kHz时，其介电常数已达到巨介电常数电容器范围。需要说明的是：图示中沿箭头方向频率增大。
参见图2(a)～(e)，从BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷SEM照片可以看出，La掺杂量同时影响了陶瓷的微观结构，当x=0.010时，陶瓷的晶粒尺寸达到最大值。
综上所述，本发明通过溶胶-凝胶改进的水热法制备BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷粉体，并利用微波烧结的方式得到BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷。通过调节La的掺杂量x，使得BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷介电常数以及电阻率等电学参数分布在一个较宽的范围，从而可作为介电、铁电、压电材料以及半导体、巨介电常数电容器得到应用。
由于微波烧结是通过外部热源和微波与陶瓷内部的耦合两种方式同时对BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷进行加热，因此极大的缩短了烧结时间。通过水热法制备出的BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷粉体具有纯度高、晶粒尺寸均匀的特点，同时配合微波烧结这种快速的加热方式抑制了经历的生长，得到了致密度较高且晶粒尺度较为均匀的BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷。

Claims (4)

1.一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按Ba：Ca：Zr：La＝9:1:1：x的摩尔比将BaCl2·2H2O、CaCl2、ZrOCl2·8H2O以及La(NO3)3溶水中配成混合溶液A，搅拌混合溶液A、静置，其中，x的取值范围为0.005～0.02；
2)按Ti：Ba：[OH-]＝1:1：5～10的摩尔比分别将TiCl4及NaOH加入至步骤1)中的混合溶液A中配成混合溶液B，搅拌混合溶液B至白色粘稠状，得到水热反应的前驱物；
3)将前驱物移入水热釜的内衬中，再将内衬放入水热釜中，设定反应温度为150～200℃，反应时间为10～15h；其中，前驱物在水热釜内衬中的填充比为60～80％；
4)待反应结束，水热釜温度降至室温后，取出水热釜，将水热釜中的产物洗涤后，再干燥，得到BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体；
5)将BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体通过去离子水洗涤、沉淀；
6)将提纯后的BCTZ-xLa多功能电子陶瓷粉体烘干、研磨、造粒、成型，再将成型后的坯体在马弗炉中进行微波烧结，烧结温度1100～1300℃、保温时间5～10min，然后随马弗炉冷却至室温，得到BCTZ-xLa多功能电子陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤1)中，x的取值为0.015或者0.02。
3.根据权利要求1所述的一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3)中，反应温度为180℃，反应时间为12h。
4.根据权利要求1所述的一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤6)中，烧结温度为1200℃，保温时间为8min。
CN201310619072.XA 2013-11-27 2013-11-27 一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法 Active CN103664168B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310619072.XA CN103664168B (zh) 2013-11-27 2013-11-27 一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310619072.XA CN103664168B (zh) 2013-11-27 2013-11-27 一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103664168A CN103664168A (zh) 2014-03-26
CN103664168B true CN103664168B (zh) 2015-10-28

Family

ID=50303071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310619072.XA Active CN103664168B (zh) 2013-11-27 2013-11-27 一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103664168B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103979960A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 陕西科技大学 一种BCTZ-xBi3+体系多功能电子陶瓷粉体的制备方法
CN107188560B (zh) * 2017-07-24 2020-02-14 陕西欧西克电子有限公司 一种陶瓷电容器材料制备方法
CN107946073A (zh) * 2017-11-14 2018-04-20 苏州大学 巨介电常数电容器及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103319168A (zh) * 2013-06-08 2013-09-25 陕西科技大学 高居里点、宽居里温区bzt铁电陶瓷材料的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103319168A (zh) * 2013-06-08 2013-09-25 陕西科技大学 高居里点、宽居里温区bzt铁电陶瓷材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effects of La-doping on microstructure, dielectric and piezoelectric properties of Ba0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3 lead-free ceramics;Qin Lin et al.;《J Mater Sci: Mater Electron》;20120626;第24卷;第734-739页 *
低温水热制备BaZrO3微晶及其结晶动力学研究;孙梓雄等;《人工晶体学报》;20130731;第42卷(第7期);第1380-1383、1389页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103664168A (zh) 2014-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Du et al. Microstructure evolution and dielectric properties of Ce-doped SrBi4Ti4O15 ceramics synthesized via glycine-nitrate process
Yang et al. High energy storage density and discharging efficiency in La3+/Nb5+-co-substituted (Bi0. 5Na0. 5) 0.94 Ba0. 06TiO3 ceramics
Chen et al. Enhanced piezoelectric properties and thermal stability in Mo/Cr co-doped CaBi2Nb2O9 high-temperature piezoelectric ceramics
CN103319168B (zh) 高居里点、宽居里温区bzt铁电陶瓷材料的制备方法
López-Juárez et al. Lead-free ferroelectric ceramics with perovskite structure
CN103650186A (zh) 压电材料
Li et al. Reduction of oxygen vacancy concentration and large enhancement of electrical performances in Cu/Sb co-doped Bi4Ti3O12 high temperature piezoelectric ceramics
Liao et al. Modulation of defects and electrical behaviors of Cu-doped KNN ceramics by fluorine–oxygen substitution
Jaita et al. Influence of Al 2 O 3 nanoparticle doping on depolarization temperature, and electrical and energy harvesting properties of lead-free 0.94 (Bi 0.5 Na 0.5) TiO 3–0.06 BaTiO 3 ceramics
Liu et al. Dielectric and impedance spectroscopy analysis of lead-free (1-x)(K0. 44Na0. 52Li0. 04)(Nb0. 86Ta0. 10Sb0. 04) O3-xBaTiO3 ceramics
CN103664168B (zh) 一种BCTZ-xLa体系多功能电子陶瓷的制备方法
CN103641470A (zh) 一种Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3 纳米无铅压电陶瓷的制备方法
Chen et al. Origin of ultrahigh thermal stability on dielectric permittivity and dipole glass-like behavior of 0.4 Ba0. 8Ca0. 2TiO3-0.6 Bi (Mg0. 5Ti0. 5) O3 based ceramics
CN106187163B (zh) 一种稀土钕掺杂的高四方相钛酸钡及其制备方法
Yang et al. Effect of the particle diameters of raw materials on the structure, micromorphology, dielectric, and tunable performance of (Ba0. 91Ca0. 09)(Zr0. 2Ti0. 8) O3 ceramics
CN108689709B (zh) 一种铌酸钛铜巨介电陶瓷的制备方法
CN104496466A (zh) 一种高固溶度弛豫型纳米无铅压电陶瓷及其制备方法
Shu et al. Effects of BNT precursor prepared by molten salt method on BCZT-based lead-free piezoelectric ceramics
CN104909747A (zh) 一种高介电常数、低介电损耗CaCu3Ti4-xZrxO12陶瓷的制备方法
Devi et al. Structural, dielectric and ferroelectric properties of tungsten substituted barium titanate ceramics
CN108558401B (zh) 一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法
Duan et al. Dielectric characterization of the phase transitions in Pb1− y/2 (Zr1− xTix) 1− yNbyO3 (0.03⩽ x⩽ 0.04, 0.02⩽ y⩽ 0.05)
CN106518058A (zh) 一种由钛酸铋钾和氧化锌构成的无铅复合铁电陶瓷及制备
CN102167580A (zh) 一种用于高频段的介质陶瓷及其制备方法
CN115286386A (zh) 一种非化学计量Nb5+的铌钽锆铁酸钾钠铋陶瓷及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201222

Address after: 224000 Yancheng Tinghu District Yandong Town Southeast Industrial Park, Jiangsu Province

Patentee after: JIANGSU SUR LIGHTING Co.,Ltd.

Address before: 518000 No.6 Qinglong Road, Qinglong Road, Qinghua community, Longhua street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: Shenzhen Pengbo Information Technology Co.,Ltd.

Effective date of registration: 20201222

Address after: 518000 No.6 Qinglong Road, Qinglong Road, Qinghua community, Longhua street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: Shenzhen Pengbo Information Technology Co.,Ltd.

Address before: No. 1, Weiyang District university garden, Xi'an, Shaanxi Province, Shaanxi

Patentee before: SHAANXI University OF SCIENCE & TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right