[发明专利]一种纳米晶钛酸锶玻璃陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米晶钛酸锶玻璃陶瓷的制备方法。具体是以四甲基氢氧化胺为玻璃分散剂，乳酸为溶剂和抑制剂的溶胶-凝胶制备方法。

背景技术

钛酸锶(SrTiO₃)具有典型的ABO₃钙钛矿(ABO₃)结构，是一种重要电子陶瓷材料，具有高的介电常数、低的介质损耗，温度稳定性好等优点。被广泛应用于高压电容器、晶界层电容器、压敏陶瓷、热敏元件等领域。降低烧结温度和改善介电性能是目前钛酸锶陶瓷材料的研究热点。添加玻璃助烧剂是通常采用的方法之一，玻璃助烧剂具有较低的熔点，可以在低于陶瓷材料的烧结温度时形成液相，从而促进烧结反应的进行。通过合理的方法可以将玻璃和钛酸锶合成微晶玻璃陶瓷，微晶玻璃陶瓷是一类既有玻璃性能，又具有陶瓷性能的复合材料，其潜在的应用前景非常广阔。

微晶玻璃陶瓷的制备一直是科研人员研究的重点。制备微晶玻璃陶瓷的方法主要有熔融法、烧结法和溶胶-凝胶法，溶胶-凝胶法的主要特点是在材料制备的初期就进行控制，材料的均匀性可以达到纳米级甚至分子级水平，故可获得均质高纯材料，该法制备温度比传统方法大为降低，能有效防止某些组分挥发，能够制备出成分严格符合设计要求的玻璃陶瓷，并可扩展基础玻璃的组成范围，制备出传统方法无法制备的材料、不能形成玻璃的系统、具有高液相组成的玻璃陶瓷以及具有高温、高强、高韧性等特殊性能的高新技术材料。

国内文献中有关溶胶-凝胶法制备微晶玻璃陶瓷的报导不多。张海军，姚熹等人用溶胶-凝胶法制备出Ba₂Zn_zCO_2-zFe₁₂O₂₂-SiO₂、BaFe₁₂O₁₉-BaTiO₃/SiO₂-B₂O₃、BaFe₁₂O₁₉SiO₂B₂O₃微晶玻璃陶瓷，其热处理温度比较高，1000度左右，粒径也比较大，大约为0.3μm微米。李建康，张斌等采用溶胶-凝胶法工艺，首先合成BST溶胶以及SiO₂-B₂O₃玻璃溶胶，然后混合、凝胶，最后按照微晶玻璃热处理工艺，通过原位析晶法得到具有不同晶粒大小的BST-SiO2-B2O3铁电玻璃陶瓷，此方法得到的晶粒的粒径比较大，1.35μm，析晶不可靠，有可能有杂质出现。王疆瑛，姚熹等采用硝酸钡、硝酸锶、钛酸丁酯、正硅酸乙脂和硼酸三正丁脂为原料的溶胶-凝胶方法制备了Si-B-O系Ba_xSr_1-xTiO₃玻璃陶瓷，其相结构为立方钙钛矿相结构，其合成温度为700℃，此方法中作者首先将硝酸钡和硝酸锶溶于柠檬酸中，然后将钛酸丁酯溶入pH值为6的柠檬酸中，最后还要制备玻璃溶胶，工艺比较复杂。

国外有关溶胶-凝胶法制备微晶玻璃陶瓷的很少，P.T.JOSEPHd等人利用溶胶-凝胶法制备Ba-B-Si系Ba(Sm，Nd)TiO₃玻璃陶瓷，在实验中作者先用传统的混合法制备Ba(Sm，Nd)TiO₃，然后用溶胶-凝胶法制备Ba-B-Si玻璃溶胶，将两者混合，经700℃热处理，最后得到微晶玻璃陶瓷，此方法工艺复杂，晶粒比较大。O.P.Thakur等人利用溶胶-凝胶法制备氧化铋系钛酸锶玻璃陶瓷，他们得到的结果中有杂质出现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种制备纳米晶钛酸锶玻璃陶瓷的方法，该方法反应原料易获，反应条件易控，反应设备简单，工艺稳定，适用面广。

本发明的技术方案是这样实现的：包括以下步骤：

1)用四甲基氢氧化胺和玻璃粉加入到去离子水中，四甲基氢氧化胺与玻璃的质量比为3～5∶100，10g玻璃粉需要24ml～30ml的去离子水，球磨72h～80h，得均匀的玻璃溶液A。

2)将锶盐溶解到乳酸溶液里，乳酸与锶盐摩尔比为6～12∶1，边搅拌边加入去离子水，1mol的锶盐需要100ml～300ml的去离子水，在60℃～90℃下加热，充分搅拌至透明，得溶液B；