專利名稱：高介瓷料的化學(xué)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種瓷料的化學(xué)制備方法，特別涉及一種高介電常數(shù)瓷料的化學(xué)制備方法。
背景技術(shù)：
目前制備無機(jī)非金屬納米微粒的方法有很多種，若按照原料狀態(tài)的不同可大致分為固相法、液相法和氣相法。固相法是將金屬鹽或金屬氧化物按照一定比例充分混合、研磨后進(jìn)行煅燒，發(fā)生固相反應(yīng)后直接研磨到納米粒子的一種方法，即高能機(jī)械球磨法。該方法操作簡單、成本低。此法的缺點(diǎn)是制備過程中由于球的磨損，易在粉體中引入雜質(zhì)，所得粉體粒徑的分布不均勻。利用傳統(tǒng)的固相法制備的ANNT系統(tǒng)燒結(jié)溫度較高，可能引起ANNT系統(tǒng)的部分分解，在系統(tǒng)表面形成許多缺陷，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的損耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種高介電常數(shù)瓷料的化學(xué)制備方法，目的是利用液相法制備介電性能更好的ANNT瓷料。
液相法是通過液相溶液化學(xué)反應(yīng)來制備粉體，具有產(chǎn)物組成含量可精確控制、可實(shí)現(xiàn)分子或原子尺度水平上的混合等特點(diǎn)。制得的粉體粒度分布窄、形貌規(guī)整，是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上廣泛采用的方法。合成的粉體可能形成嚴(yán)重的團(tuán)聚。為了減輕團(tuán)聚現(xiàn)象，在固液混合狀態(tài)下，要將液相中殘余的各種雜質(zhì)離子盡可能地除去；并可用表面張力比水低的醇、丙酮等有機(jī)溶劑取代殘留在顆粒間的水，來獲得團(tuán)聚程度較輕的粉體。在沉淀過程以及在沉淀物洗凈脫水過程中，加入有機(jī)大分子表面活性劑，如聚丙烯酸銨、聚乙二醇等。由于有機(jī)大分子的位阻效應(yīng)，可減輕團(tuán)聚程度。采用液相法來制備納米粉體的方法主要有沉淀法、噴霧熱分解法、溶膠—凝膠法和水熱法等。它主要適用于制備納米氧化物和多元組分物質(zhì)。
本發(fā)明的高介電常數(shù)瓷料的化學(xué)制備方法，包括如下步驟1.以分析純的Ta2O5、Nb2O5、AgNO3、NaNO3為原料，按(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3組成按特定比例稱取Ta2O5、Nb2O5，加入氫氟酸100mL，硝酸100mL，水浴加熱6～7h，使Ta2O5、Nb2O5完全溶解；2.加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))，至完全溶解，得到了Nb、Ta的檸檬酸溶液；3.按配比稱取AgNO3、NaNO3，加蒸餾水使兩者溶解，加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))，混合均勻，得到了Ag、Na的檸檬酸溶液，將兩種溶液混合，電磁攪拌2-4h，得到了無色透明溶液；4.將其置于紅外燈下烘烤，緩慢蒸發(fā)溶劑，5～6h后得到白色粉塊狀固體，此即為(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3的前驅(qū)體；5.前驅(qū)體經(jīng)球磨機(jī)球磨3h，再按2℃/min的速率升溫至400℃，保溫2h，然后再經(jīng)700～950℃灼燒2h，即得到所要求的納米粉體。
本發(fā)明的高介電常數(shù)瓷料，各組分的摩爾百分含量為AgNO340-45％NaNO35-10％Nb2O530-40％Ta2O510-20％優(yōu)選為AgNO342-45％NaNO335-8％Nb2O530-35％Ta2O515-20％最佳值為AgNO345％NaNO335％Nb2O535％Ta2O515％由于利用固相法制備的ANNT系統(tǒng)的燒結(jié)溫度較高，可能引起ANNT系統(tǒng)的部分分解，在系統(tǒng)表面形成許多缺陷，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的損耗增加。液相法可使粉料的尺寸在納米，納米顆粒的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，使燒結(jié)溫度降低，燒結(jié)速率加快，這樣就有效抑制了系統(tǒng)缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)也控制了晶粒的粒度和顆粒的均勻性，液相合成方法可以在分子或原子水平級將原料混合，這種混合更均勻更符合化學(xué)計(jì)量比。所以與固相法相比，液相法所制備的陶瓷試樣的晶粒更均勻、粒徑更小、介電性能更好。液相合成法可以使系統(tǒng)在分子級水平均勻混合有效地改善系統(tǒng)的燒結(jié)特性和微觀結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)的燒結(jié)溫度，減少系統(tǒng)中的缺陷，從而提高系統(tǒng)的介電性能。利用固相法所制備的樣品的晶粒較大，且晶粒大小分布不均勻，而利用液相法所制備的樣品的平均晶粒尺寸較小，大約在幾百個(gè)納米左右，且分布十分均勻，因此液相法改善了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，是系統(tǒng)介電性能的進(jìn)一步提高的原因所在。
與固相合成法相比，本發(fā)明的液相合成方法可以明顯降低系統(tǒng)的損耗，使系統(tǒng)的介電常數(shù)較高，電容量溫度系數(shù)的絕對值小。當(dāng)Nb/Ta比例為0.8/0.2和0.7/0.3時(shí)，系統(tǒng)的介電常數(shù)達(dá)到540和538，介電損耗較小，電容量溫度系數(shù)達(dá)到0±30ppm/℃范圍內(nèi)，得到了(高頻熱穩(wěn)定性)NP0的溫度特性。
具體實(shí)施例方式
對比例1采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)方法(Nb/Ta 0.8/0.2)按照相應(yīng)的比例將Ag2O20g，Na2CO31.5g，Nb2O521g，Ta2O57g進(jìn)行球磨，再在900℃下預(yù)燒形成熔塊。將熔塊加粘合劑石蠟，干壓成型，在1100-1150℃范圍內(nèi)燒結(jié)。
對比例2采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)方法(Nb/Ta 0.7/0.3)按照相應(yīng)的比例稱取Ag2O20g，Na2CO31.5g，Nb2O519g，Ta2O513g，其他與對比例1相同，制取Nb/Ta 0.7/0.3的瓷料。
對比例3采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)方法(Nb/Ta 0.6/0.4)按照相應(yīng)的比例稱取Ag2O20g，Na2CO31.5g，Nb2O516g，Ta2O518g，其他與對比例1相同，制取Nb/Ta 0.6/0.4的瓷料。
實(shí)施例1采用本發(fā)明的液相法(Nb/Ta 0.8/0.2)以分析純的Ta2O5、Nb2O5、AgNO3、NaNO3為原料，按(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3組成按特定比例稱取Ta2O521g、Nb2O57g，加入氫氟酸100mL，硝酸100mL，水浴加熱6h，使Ta2O5、Nb2O5完全溶解。加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))，至完全溶解，得到了Nb、Ta的檸檬酸溶液。按配比稱取AgNO329g、NaNO32.4g，加蒸餾水使兩者溶解，加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))，混合均勻，得到了Ag、Na的檸檬酸溶液，將兩種溶液混合，電磁攪拌3h，得到了無色透明溶液，將其置于250W紅外燈下烘烤，緩慢蒸發(fā)溶劑，5h后得到白色粉塊狀固體，此即為(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3的前驅(qū)體。前驅(qū)體經(jīng)球磨機(jī)球磨3h，再按2℃/min的速率升溫至400℃，保溫2h。然后再經(jīng)780℃灼燒2h，即得到所要求的納米粉體。
實(shí)施例2采用本發(fā)明的液相法(Nb/Ta 0.7/0.3)以分析純的Ta2O5、Nb2O5、AgNO3、NaNO3為原料，按(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3組成按特定比例稱取Ta2O513g、Nb2O519g，加入氫氟酸100mL，硝酸100mL，水浴加熱7h，使Ta2O5、Nb2O5完全溶解。加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))，至完全溶解，得到了Nb、Ta的檸檬酸溶液。按配比稱取AgNO329g、NaNO32.4g，加蒸餾水使兩者溶解，加入1∶1.5的分析純檸檬酸，混合均勻，得到了Ag、Na的檸檬酸溶液，將兩種溶液混合，電磁攪拌3h，得到了無色透明溶液，將其置于250W紅外燈下烘烤，緩慢蒸發(fā)溶劑，6h后得到白色粉塊狀固體，此即為(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3的前驅(qū)體。前驅(qū)體經(jīng)球磨機(jī)球磨3h，再按2℃/min的速率升溫至400℃，保溫2h。然后再經(jīng)700℃灼燒2h，即得到所要求的納米粉體。
實(shí)施例3采用本發(fā)明的液相法(Nb/Ta 0.6/0.4)以分析純的Ta2O5、Nb2O5、AgNO3、NaNO3為原料，按(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3組成按特定比例稱取Ta2O518g、Nb2O516g，加入氫氟酸100mL，硝酸100mL，水浴加熱6h，使Ta2O5、Nb2O5完全溶解。加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))，至完全溶解，得到了Nb、Ta的檸檬酸溶液。按配比稱取AgNO329g、NaNO32.4g，加蒸餾水使兩者溶解，加入1∶1.5的分析純檸檬酸，混合均勻，得到了Ag、Na的檸檬酸溶液，將兩種溶液混合，電磁攪拌2h，得到了無色透明溶液，將其置于250W紅外燈下烘烤，緩慢蒸發(fā)溶劑，5h后得到白色粉塊狀固體，此即為(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3的前驅(qū)體。前驅(qū)體經(jīng)球磨機(jī)球磨3h，再按2℃/min的速率升溫至400℃，保溫2h。然后再經(jīng)900℃灼燒2h，即得到所要求的納米粉體。
將上述對比例和實(shí)施例中的瓷料進(jìn)行下列電性能的測試，其中1.圓片形介質(zhì)的介電常數(shù)計(jì)算利用HP4278A和HP4285A電容電橋測量樣品的電容量C，根據(jù)公式(2-1)計(jì)算樣品的介電常數(shù)。
ϵ=14.4×C×dD2---(2-1)]]>其中C為試樣的電容量，單位為pF。
D為試樣的直徑，單位為cm。
d為試樣的厚度，單位為cm。
2.樣品溫度特性的測試及溫度系數(shù)的計(jì)算利用WAYNE KEER Multi Bridge 6425測試儀器和GZ-ESPEC MC-710P高低溫循環(huán)溫箱相互配合，測量不同溫度下樣品的電容量，完成樣品溫度特性的測試。材料的容量溫度系數(shù)按照下式計(jì)算αc=1C0·C1-C0T1-T0×106]]>(ppm/℃)(2-2)其中T0-室溫(25℃)
T1-測試溫度(85℃)C0-樣品在T0時(shí)的電容量(PF)C1-樣品在溫度為T1時(shí)的電容量(PF)3、樣品絕緣電阻的測量及材料體電阻率的計(jì)算利用ZC36型超高電阻測試儀測量樣品的絕緣電阻，利用下式計(jì)算材料的體電阻率ρvρv=Ri×π×D24d(Ω·cm)---(2-3)]]>其中Ri-樣品的絕緣電阻(Ω)D-樣品的直徑(cm)d-樣品的厚度(cm)4、樣品介電損耗的測量利用HP4278A和HP4285A電容電橋測量樣品的介電損耗tgδ(1MHz)。所得結(jié)果列表如下表1 不同合成方法對系統(tǒng)介電性能的影響

權(quán)利要求
1.一種高介電常數(shù)瓷料的化學(xué)制備方法，包括如下步驟(1)以(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3組成按特定比例稱取Ta2O5、Nb2O5，加入氫氟酸100mL，硝酸100mL，水浴加熱6～7h，使Ta2O5、Nb2O5完全溶解；(2)加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))至完全溶解，得到了Nb、Ta的檸檬酸溶液；(3)按配比稱取AgNO3、NaNO3，加蒸餾水使兩者溶解，加入1∶1.5的分析純檸檬酸(以金屬離子總摩爾數(shù)計(jì))，混合均勻，得到了Ag、Na的檸檬酸溶液，將兩種溶液混合，電磁攪拌2-4h，得到了無色透明溶液；(4)將其置于紅外燈下烘烤，緩慢蒸發(fā)溶劑，5～6h后得到白色粉塊狀固體，此即為(AgxNa1-x)[NbyTa1-y]O3的前驅(qū)體；(5)前驅(qū)體經(jīng)球磨機(jī)球磨3h，再按2℃/min的速率升溫至400℃，保溫2h，然后再經(jīng)700～950℃灼燒2h，即得到所要求的納米粉體。
2.一種如權(quán)利要求1所述的瓷料制備方法，其特征是所述各組分的摩爾百分含量為AgNO3340-45％NaNO335-10％Nb2O5530-40％Ta2O510-20％
3.一種如權(quán)利要求2所述的瓷料制備方法，其特征是所述各組分的摩爾百分含量為AgNO342-45％NaNO35-8％Nb2O530-35％Ta2O515-20％
4.一種如權(quán)利要求3所述的瓷料制備方法，其特征是所述各組分的摩爾百分含量為AgNO345％NaNO35％Nb2O535％Ta2O515％
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高介瓷料的化學(xué)制備方法，以分析純的Ta
文檔編號H01L41/187GK1793034SQ20051001612
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者李玲霞, 孫曉東, 明翠, 王大鵬, 王洪儒 申請人:天津大學(xué)