[发明专利]一种沿＜111＞择优取向且A位复合的钛酸钡基片状模板籽晶

说明书

一种沿111择优取向且A位复合的钛酸钡基片状模板籽晶，本发明涉及片状模板籽晶及其制备方法。本发明解决现有沿111取向的模板多为纯BaTiO₃组分、粒径尺寸可调控范围窄、粒径尺寸不均一且分散性差造成模板难以在母体中高度定向、扮演“缺陷”角色的问题。这些导致了陶瓷沿111织构质量偏低、无法最大化利用T相多畴构型有效地提高该方向的电学性能，尤其是无法受益于剪切性能等限制的问题。片状模板籽晶的化学通式为(Ba_1‑xAE_x)TiO₃；方法：一、固相法制备前驱体用原料BaTiO₃粉体；二、熔盐法制备粒径均一的片状Ba₆Ti₁₇O₄₀前驱体；三、局部化学微晶反应法制备目标产物。

技术领域

本发明涉及片状模板籽晶及其制备方法。

背景技术

BaTiO₃基陶瓷是一类具有钙钛矿结构的无铅电子材料，在多层片式电容器、压电传感器和致动器、铁电非易失性存储器等电子陶瓷器件中有着广泛的应用。近年来，电子信息技术的迅猛发展对BaTiO₃基陶瓷的电学性能提出了越来越高的要求。沿优势方向择优取向的织构化陶瓷可以解决多晶陶瓷中晶粒取向随意、性能较差的问题，成为提高陶瓷电学性能非常有效的途径。对于特定晶相(例如四方T相)的钙钛矿结构来说，其＜111＞方向非常独特，若能在此方向上构建工程多畴构型(例如3T或者2T)，可望获得大幅度提高的压电性能，并开采出该方向所特有的剪切性能进行利用。

制备织构陶瓷的总体思路是将各向异性的模板籽晶在剪切场的作用下定向且均匀地埋入目标组分的基体母体细粉中，热处理时基体母体细粉在模板籽晶的诱导下定向生长，从而形成具有各向异性的织构陶瓷。合成组分、晶向和形貌可控的模板籽晶是制备织构陶瓷的首要任务。片状模板籽晶的组分、晶体取向和形貌特性(粒径大小及分布范围、径厚比、分散性等)是决定陶瓷织构质量和晶粒尺寸的关键因素。要采用晶粒定向生长技术成功地制备出沿＜111＞高度择优取向的BaTiO₃基织构陶瓷，要求：①、片状模板籽晶的最大晶面法线方向为＜111＞方向，从而保证晶粒能够在模板的诱导下沿＜111＞定向成长；②、模板需分散性好、径厚比高，从而保证其在基体母体细粉中能够均匀且高度定向地排布；③、模板籽晶粒径需可控且均一，从而保证织构陶瓷取向晶粒粒径可控和均一；④、模板籽晶和基体母体细粉组分尽量一致，从而避免模板材料扮演缺陷角色而对织构陶瓷性能提高产生不利影响的问题。

局部化学微晶转化法是制备具有钙钛矿结构的低维片状晶体最有效的方法。目前，大部分报道集中在制备沿＜001＞择优取向的BaTiO₃模板上，仅有少部分关于制备沿＜111＞择优取向模板籽晶的相关报道，且所制备＜111＞模板籽晶其组分为纯BaTiO₃。此外，所报道的沿＜111＞择优取向模板籽晶的粒径尺寸可调控范围窄，仅为5μm～20μm左右，粒径分布不均一，分散性较差，难以在母体细粉中高度定向，从而导致所制备的陶瓷织构质量偏低。此外，目前用于制备电子陶瓷尤其是压电陶瓷的基体材料不使用纯BaTiO₃系而使用固溶Ca或者Sr等元素的BaTiO₃基体系。若使用纯BaTiO₃模板籽晶来织构这些体系，基体母体材料与模板材料的化学组分差异会导致模板材料扮演着一种如同缺陷的角色。这些问题的存在导致了织构陶瓷无法最大化地利用T相多畴构型实现沿＜111＞方向电学性能的大幅度提高，尤其是无法利用该方向独特的剪切性能。合成沿＜111＞高度择优取向、组分含有复合取代Ca或者Sr元素且形貌可调控的BaTiO₃基模板籽晶已成为一项非常紧迫的任务，然而目前却鲜见该方面的相关报道。

发明内容