[发明专利]稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷及其制备方法，属于电子功能陶瓷的制备技术领域。

背景技术：目前，制备BaTiO₃电子功能陶瓷所用的材料为BaCO₃、BaO和TiO₂，其制备方法主要有固相烧结法和液相合成法。但这两种制备方法都存在着各自的缺点：固相烧结法对原材料要求较高，产品难以达到分子级混合，物料活性低，能量消耗大，容易引进杂质，其纯度、均一性较差，烧结时间长，反应难以控制，得到的陶瓷元器件成品率低，耐压性能差，陶瓷晶粒较大，有气孔等缺陷；液相烧结法其原料价格昂贵，且制备SrCO₃凝胶需高温煅烧后才能转化为SrCO₃粉体，存在煅烧时晶粒长大和颗粒硬团聚及成本高等问题。

另外，申请人经研究发现，在BaTiO₃电子功能陶瓷中引入稀土氧化物杂质(如Y₂O₃)，可导致主要成分中离子电价的变化，从而出现新的局部能级。Y³⁺占据晶格中Ba²⁺位置，每添加一个Y³⁺离子，晶体中便多余一个正电子，为了保持电中性，Ti⁴⁺俘获了一个电子，形成Ti³⁺。这个被俘获的电子只处于半束缚状态，容易被激发后参与导电。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷及其制备方法，不仅克服了现有技术所存在的缺点，而且所制备的陶瓷产品导电性能更加优良。

本发明是这样构成的：一种稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷，是由摩尔比＝0.9～0.999∶0.1～0.001∶1的BaCO₃、Y₂O₃和TiO₂制备而成的。

准确的说，它是由摩尔比＝0.997∶0.003∶1的BaCO₃、Y₂O₃和TiO₂制备而成的。

所用Y₂O₃的纯度≥99.99％。

本发明所述稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷的制备方法为：按比例称取BaCO₃、Y₂O₃和TiO₂，混合均匀并研磨成细粉，在1150℃下预烧0.5～1小时，再次研磨，并加入粘合剂造粒，然后用压片机在20MPa压力下压制成坯片，坯片先于80℃下烘干1小时，目的是除去水分，然后缓慢升温至350℃保温4小时，以除去粘合剂，再用CO₂激光进行烧结，即得稀土掺杂钛酸钡电子功能陶瓷。

CO₂激光烧结过程中，宽带激光输出功率P＝400W，扫描速度为150mm/min，光斑面积D＝14×2mm²，离焦量f＝315mm。该工艺条件是发明人在固定光斑尺寸(14×2mm²)和离焦量(315mm)的前提下，改变宽带激光输出功率和扫描速度，通过正交实验优化、筛选出来的最佳工艺参数。在此工艺条件下烧结出的陶瓷产品性能最好。

其中所用的粘合剂为聚乙烯醇。

本发明的化学原理为：BaCO₃、Y₂O₃和TiO₂混合、预烧、压片并烘干后，在宽带激光的作用下发生化学反应：Ba²⁺Ti⁴⁺O^2-_3+xY³⁺＝Ba²⁺_1-xY³⁺x(Ti⁴⁺_1-xTi³⁺)O²-_3+xBa²⁺由于BaCO₃、Y₂O₃的量之和与TiO₂的摩尔比为1∶1，可完全充分地发生反应，反应后即得稀土钇(Y)掺杂的钛酸钡电子功能陶瓷。

本发明所制备的电子功能陶瓷具有可靠性高、安全、节电等优点，主要应用于温度敏感元件、限电流元件以及恒温发热元件等方面，具体涉及通信、家电、航空、汽车、电力设备等领域。