[发明专利]一种功能化的掺杂钛酸钡陶瓷涂层的制备方法

说明书

本发明提供了一种功能化的掺杂钛酸钡陶瓷涂层的制备方法，该方法在基体表面，通过超音速等离子喷涂混合粉料，所述混合粉料包括BaTiO₃和ZnO，得到掺杂有Zn原子的钛酸钡陶瓷涂层。在本发明中，ZnO的添加一方面提高了BaTiO₃复合粉末的熔融特性，使喷涂时未熔或半熔融的颗粒比例降低，避免了涂层缺陷的产生。另一方面添加ZnO并采用超音速等离子喷涂技术，实现了Zn元素原位掺杂钛酸钡涂层，Zn原子扩散进入BaTiO₃晶格中，此种掺杂方式能有效提高纯钛酸钡涂层的介电性能。因此，本申请所得掺杂BaTiO₃涂层结构致密，介电性能优异。本发明该种工艺表现的是一种快速、原位掺杂过程，具有效率高、能耗低的特点。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种功能化的掺杂钛酸钡陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

钛酸钡(BaTiO₃)是一种强介电化合物材料，具有高介电常数和低介电损耗，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。钛酸钡主要应用于电子陶瓷、热敏电阻和光催化等领域，其中的钛酸钡陶瓷是以钛酸钡(BaTiO₃)或其固溶体为主晶相的陶瓷材料。

对钛酸钡进行掺杂改性，这是进一步提高BaTiO₃的介电性能或是赋予其其他方面性能的一种有效手段。目前，制备具有元素掺杂结构的BaTiO₃材料的方法主要是：热压烧结陶瓷粉末和掺杂添加氧化物A_xO_y混合粉末；或是分别制备BaTiO₃和A_xO_y靶材，再采用离子溅射的方式制备掺杂BaTiO₃材料。上述的两种方法中，后者主要应用于BaTiO₃薄膜的制备，且制备工艺复杂，耗时较长。前者是目前制备掺杂陶瓷最常见的方法，传统的BaTiO₃陶瓷大多采用的是热压烧结的方法来实现掺杂改性的目的。

但是，对于已烧制成型的陶瓷比如纯BaTiO₃陶瓷材料，通过烧结过程进一步做掺杂处理，需要在较高温度下处理相当长的时间，才能达到元素掺杂的目的。从绿色经济的角度出发，上述的两种方法均需要消耗大量的能源和人力。同时，热压烧结的过程也限制了BaTiO₃陶瓷的尺寸，对陶瓷涂层介电性能提升的效果有限。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种功能化的掺杂钛酸钡陶瓷涂层的制备方法，本申请制得的掺杂BaTiO₃涂层结构致密，具有优异的介电性能，且方法效率高、能耗低。

本发明提供一种掺杂钛酸钡陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

在基体表面，通过超音速等离子喷涂混合粉料，所述混合粉料包括BaTiO₃和ZnO，得到掺杂有Zn原子的钛酸钡陶瓷涂层。

优选地，所述混合粉料按照以下步骤制备：

将ZnO粉和BaTiO₃粉以及粘结助剂混合后，进行球磨，得到浆料；然后将所述浆料进行雾化造粒，得到造粒粉体；最后将所述造粒粉体进行脱胶和致密化处理，得到混合粉料。

优选地，所述ZnO粉在混合粉料中的比例大于0且小于等于6wt％。

优选地，所述ZnO粉的粒径范围为100nm～500nm。

优选地，所述BaTiO₃粉的粒径范围为500nm-1μm。

优选地，所述粘结助剂为聚乙烯醇树脂。

优选地，所述脱胶和致密化处理具体为：将所述造粒粉体于800～100℃处理3～5h。