[发明专利]一种具有高致密度的钛酸钡陶瓷涂层

说明书

本发明提供了一种具有高致密度的钛酸钡陶瓷涂层，其由混合粉料经超音速等离子喷涂在基体表面制得，所述混合粉料包括BaTiO₃和ZnO；所述钛酸钡陶瓷涂层具有钙钛矿型晶体结构且掺杂有Zn原子，所述Zn原子在BaTiO₃晶体结构内部的Ti位掺杂。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，从而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，本申请提供的BaTiO₃涂层结构致密，介电性能优异。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种具有高致密度的钛酸钡陶瓷涂层。

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。

等离子喷涂是一种有效的制备陶瓷涂层的方法，近年来已有采用大气等离子喷涂技术制备BaTiO₃、钛酸铅(PbTiO₃)以及PZT陶瓷涂层等的相关报道。等离子喷涂技术在BaTiO₃陶瓷领域的应用体现出独特的优势与特点，等离子喷涂方法制备的介电功能陶瓷涂层集成了块体材料和薄膜材料的优势，其在具备优良的介电性能和力学性能的同时，对形状各异的基体具有很强的相容性。但是，在研究过程中也发现，由于BaTiO₃的一些特性导致涂层质量较差，存在着大量的孔隙、裂纹结构以及非晶相。对于BaTiO₃材料而言，孔隙和裂纹不仅仅降低了材料的连续性，同时由于引入了空气相，对于其介电、压电性能具有很重要的影响。

目前针对提高BaTiO₃涂层质量的方案主要是后期热处理，具体工艺包括：将喷涂好的涂层放置在高温炉内，750℃处理2h。这种方法可以降低涂层内部存在的非晶相；同时，尺寸较小的裂纹和孔隙在经过热处理后逐渐趋向于愈合。但是这种方法也存在着一些限制——对于较大尺寸的裂纹，采用目前的后期热处理手段提升的效果有限。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种钛酸钡陶瓷涂层，本申请提供的BaTiO₃涂层结构致密，具有优异的介电性能。

本发明提供一种钛酸钡陶瓷涂层，由混合粉料经超音速等离子喷涂在基体表面制得，所述混合粉料包括BaTiO₃和ZnO；

所述钛酸钡陶瓷涂层具有钙钛矿型晶体结构且掺杂有Zn原子，所述Zn原子在BaTiO₃晶体结构内部的Ti位掺杂。

优选地，所述ZnO在混合粉料中的比例大于0且小于等于6wt％。

优选地，所述钛酸钡陶瓷涂层还具有ZnO第二相。

优选地，所述混合粉料的粒径范围为50-80微米。在本发明的实施例中，所述混合粉料由BaTiO₃粉和ZnO粉混合后，依次经球磨、造粒、脱胶和过筛得到。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，所述超音速等离子喷涂的工艺条件包括：电流为400～420A，电压为110～130V，喷涂距离为90mm～110mm。具体可为：电流为400A，电压为120V，喷涂距离为90mm；氩气流量为3.4m³·h^-1，氢气流量为0.5m³·h^-1。