專利名稱：激光燒結(jié)復(fù)合制備電子陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備電子陶瓷的方法，尤其涉及一種將激 光預(yù)燒結(jié)與高溫?zé)Y(jié)相結(jié)合制備電子陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，固相高溫?zé)Y(jié)法是制備BaTi03電子陶瓷的主要 傳統(tǒng)方法；該方法對(duì)原材料的要求較高，產(chǎn)品純度和均一性較差，存在晶 粒粗大、耐壓性差、有氣孔、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等缺陷。隨著技術(shù)的發(fā)展，近年 來(lái)出現(xiàn)了利用激光直接燒結(jié)制備BaTi03電子陶瓷的方法，該方法雖然克服 了傳統(tǒng)固相燒結(jié)法晶粒大、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等不足之處，但又帶來(lái)了脆性大、 強(qiáng)度低等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種激 光燒結(jié)復(fù)合制備電子陶瓷的方法，該方法制備的電子陶瓷晶粒均勻、致密， 陶瓷結(jié)構(gòu)完整、強(qiáng)度好、純度高。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
1) 將純度為化學(xué)純的BaC03和TiCb按1 : 1的摩爾比混合均勻，過(guò) 50目篩得混合生料；
2) 將所述生料混合加熱至170°C，保溫干燥l小時(shí)；
3) 將冷卻后的生料壓緊壓實(shí)，用C02激光對(duì)其預(yù)燒結(jié)得BaTi03;其 中，C02激光的輸出功率為500W，光斑面積為16X2 mm 2，掃描速率為 1.4m/min，焦足巨量為315mm;
4) 將BaTi03放入去離子水中，待未反應(yīng)的混合生料與之分離后將BaTi03取出；
5) 將BaTi03加熱至170°C，保溫干燥l小時(shí)；
6) 將干燥后的BaTi03研磨成粉，加入聚合度為1500 1700的粘結(jié)劑， 混合均勻后壓制成厚度為2mm的樣坯；其中，BaTi03粉與粘結(jié)劑的重量比 為100 : 5，壓力為20Mpa;
7) 將所述樣坯加熱至1200 1300°C，保溫2 3小時(shí)。 在上述技術(shù)方案中，所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明由于將單純的激光燒結(jié)方法與傳統(tǒng)的固相高 溫?zé)Y(jié)方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，因此既克服了固相高溫?zé)Y(jié)方法制備的電子 陶存在瓷晶粒粗大、氣孔多、致密性差、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)以及收縮率大等不足， 同時(shí)也消除了激光燒結(jié)方法制備的電子陶瓷脆性大、強(qiáng)度低、裂紋多以及 純度低等缺陷。
圖1是激光直接燒結(jié)方法制備的BaTi03電子陶瓷的宏觀形貌圖2是本發(fā)明方法制備的BaTi03電子陶瓷的宏觀形貌圖3是本發(fā)明方法制備的BaTi03電子陶瓷的X射線衍射圖4是固相高溫?zé)Y(jié)方法制備的BaTi03電子陶瓷的X射線衍射圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)
明，方法如下
1)將純度為化學(xué)純的BaC03和Ti02按1 : 1的摩爾比混合均勻，過(guò) 50目篩得混合生料；2) 將所述混合生料加熱至170°C，保溫干燥l小時(shí)；
3) 將冷卻后的生料壓緊壓實(shí)，用C02激光對(duì)其預(yù)燒結(jié)得BaTi03，固 相反應(yīng)方程式為BaC03+Ti02= BaTi03+C02T;其中，(302激光的輸出功 率為500W，光斑面積為16X2 mm 2，掃描速率為1, 4m/min，焦距量為315 mm;
在此工序中，雖然激光燒結(jié)方法能夠快速完成形核結(jié)晶過(guò)程，有較高 的結(jié)晶度，晶粒也較細(xì)，而且反應(yīng)生成的C02氣體逸出后也有利于消除 BaTi03中的氣孔；但此時(shí)的BaTi03還比較疏松、強(qiáng)度也不高，因此還需 要進(jìn)行后續(xù)工序的固相高溫?zé)Y(jié)處理。這是因?yàn)榧す鈷呙璧乃俣群芸欤?固相反應(yīng)是在很短的時(shí)間(幾秒甚至是零點(diǎn)幾秒)內(nèi)完成的，反應(yīng)尚未達(dá) 到平衡；在激光掃過(guò)的區(qū)域會(huì)形成一個(gè)A的熔池，由于物質(zhì)來(lái)不及擴(kuò)散，
在這個(gè)熔池中反應(yīng)物通常是不均勻的，介穩(wěn)的，往往含有在高溫下尚未充
分熔融或溶解的品相或反應(yīng)殘存物；在激光掃描過(guò)后，降溫時(shí)會(huì)有沒(méi)有來(lái) 得及平衡析晶的過(guò)飽和液相或超限固溶體，以及仍未排除干凈或被困于晶 粒內(nèi)的氣體。
4) 將BaTi03放入去離子水中充分?jǐn)嚢?，待未反?yīng)的混合生料與之分 離后將綠色片狀的BaTi03取出；
此工序其目的是將粘附在BaTi03上、未徹底反應(yīng)的殘余物去除，以提 高BaTi03的純度。
5) 將BaTi03加熱至170°C，保溫干燥l小時(shí)；
6) 將100克干燥后的BaTi03研磨成粉，加入聚合度為1500 1700
的粘結(jié)劑5克，混合均勻后壓制成厚度為2腿的樣坯，壓力為20Mpa;
粘結(jié)劑的選擇必須與陶瓷化學(xué)和應(yīng)用所要求的純度相適應(yīng)，粘結(jié)劑還 必須能夠通過(guò)熱分解的方法在陶瓷致密化前被除去。若粘結(jié)劑與陶瓷之間 在低于粘結(jié)劑分解溫度時(shí)發(fā)生反應(yīng)，或者是陶瓷在低于此溫度時(shí)就致密化， 則制成的電子陶瓷將被粘結(jié)劑玷污，甚至有裂縫或鼓脹。如果溫度升得太 高，粘結(jié)劑會(huì)燒成炭，而不是分解，剩下碳。用于粘結(jié)劑的分子量不宜過(guò) 大，也不宜過(guò)小。在本實(shí)施例中，粘結(jié)劑選用聚乙烯醇(PVA)。
7)將所述樣坯放電爐中緩慢升溫至500°C，保溫30分鐘，以去除粘 結(jié)劑和剩余水分并提高樣坯的強(qiáng)度；然后再緩慢升溫至1200 1300°C，保 溫2 3小時(shí)；本工序可以使BaTi03的晶粒長(zhǎng)大而排除氣孔，致密度增高。
以下是對(duì)采用本發(fā)明方法制備的電子陶瓷、采用單純激光燒結(jié)方法制 備的電子陶瓷、以及采用固相高溫?zé)Y(jié)法制備的電子陶瓷所進(jìn)行的對(duì)比試 驗(yàn)
圖l顯示單純激光燒結(jié)方法因固相反應(yīng)與固相燒結(jié)的同時(shí)進(jìn)行，且 時(shí)間又過(guò)于短暫，因此不能形成整塊的電子陶瓷樣品，而是多以一些碎塊 的形式出現(xiàn)；樣品表面布滿裂紋，脆性較大。
從圖2中可以看出，本發(fā)明方法制備的BaTi03樣品由于在經(jīng)過(guò)快速的 固相反應(yīng)后又經(jīng)過(guò)固相高溫?zé)Y(jié)的過(guò)程，因此使得在激光預(yù)燒結(jié)階段產(chǎn)生 的應(yīng)力得以釋放，不均勻的成分和晶粒在高溫下經(jīng)過(guò)重新擴(kuò)散和生長(zhǎng)，從 而形成一整塊電子陶瓷；完整均勻，沒(méi)有裂紋。
從圖3中可以看到，本發(fā)明制備的電子陶瓷的主要X射線衍射峰有7
個(gè)，均為鈦酸鋇的特征峰，衍射峰的位置及峰的強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)圖譜上(5-626) 四方相BaTi03的衍射數(shù)據(jù)一致。其定性分析圖也表明樣品中均為四方鈦酸 鋇，雖存在少量的副產(chǎn)物(Ba2Ti04、 Ba2Ti902Q)，但樣品純度仍然很高。 Ba2Ti04又名原鈦酸鋇，是BaTi03和BaC03在800°C的高溫下發(fā)生反應(yīng)， 釋放出二氧化碳后得到的，主要是由激光預(yù)燒結(jié)階段和之后剩余的BaC03 所引起的雜質(zhì)；Ba2Ti902。是BaO-Ti02系統(tǒng)中最理想的 一 種微波介質(zhì)材料， 它具有高介電常數(shù)、低介電損耗、以及小的頻率溫度系數(shù)，因而得以廣泛 應(yīng)用于4-8GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達(dá)及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器 件。 一般而言，Ba2Ti902。單相是通過(guò)中間相(如BaTi50 、 BaTi4Ojfl Ti02) 固相反應(yīng)而形成的。
從圖4可以看出，傳統(tǒng)固相高溫?zé)Y(jié)方法制備的電子陶瓷的X射線衍射 峰多而雜亂，晶化程度很差，其衍射峰值不是特定晶相的特征值，雜質(zhì)多， 甚至出現(xiàn)了非晶相。
從本發(fā)明方法和固相高溫?zé)Y(jié)方法的XRD分析對(duì)比可以看出，由于本 發(fā)明方法將固相反應(yīng)過(guò)程和固相燒結(jié)過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行，因此本發(fā)明方法制備 的電子陶瓷純度高、不易引入雜質(zhì)，燒結(jié)過(guò)程中其組織均勻，不易發(fā)生副 反應(yīng)，其耐壓和介電性能得以顯著提高。另外，收縮率的計(jì)算表明本發(fā) 明方法制備的陶瓷平均數(shù)為4. 13%，而傳統(tǒng)固相高溫?zé)Y(jié)方法制備的陶瓷平 均數(shù)為39.44%。
權(quán)利要求
1.一種激光燒結(jié)復(fù)合制備電子陶瓷的方法，包括激光燒結(jié)；其特征在于具體方法如下1)將純度為化學(xué)純的BaCO3和TiO2按1∶1的摩爾比混合均勻，過(guò)50目篩得混合生料；2)將所述混合生料加熱至170℃，保溫干燥1小時(shí)；3)將冷卻后的混合生料壓緊壓實(shí)，用CO2激光對(duì)其預(yù)燒結(jié)得BaTiO3；其中，CO2激光的輸出功率為500W，光斑面積為16×2mm2，掃描速率為1.4m/min，焦距量為315mm；4)將BaTiO3放入去離子水中，待未反應(yīng)的混合生料與之分離后將BaTiO3取出；5)將BaTiO3加熱至170℃，保溫干燥1小時(shí)；6)將干燥后的BaTiO3研磨成粉，加入聚合度為1500～1700的粘結(jié)劑，混合均勻后壓制成厚度為2mm的樣坯；其中，BaTiO3粉與粘結(jié)劑的重量比為100∶5，壓力為20Mpa；7)將所述樣坯加熱至1200～1300℃，保溫2～3小時(shí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光燒結(jié)復(fù)合制備電子陶瓷的方法，其特征 在于所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光燒結(jié)復(fù)合制備電子陶瓷的方法，屬于電子陶瓷的制備方法；旨在提供一種產(chǎn)品晶粒均勻、致密，結(jié)構(gòu)完整、強(qiáng)度好、純度高的電子陶瓷制備方法。具體為BaCO<sub>3</sub>和TiO<sub>2</sub>等摩爾比混合，過(guò)篩，加熱至170℃并保溫1小時(shí)，用激光對(duì)其預(yù)燒結(jié)，用去離子水將未反應(yīng)的混合生料與BaTiO<sub>3</sub>分離，將BaTiO<sub>3</sub>加熱至170℃并保溫干燥1小時(shí)，冷卻后研磨成粉，加入粘結(jié)劑，混勻后壓制成樣坯，將樣坯放入電爐中升溫至1200～1300℃并保溫2～3小時(shí)。本發(fā)明可用于制造溫度敏感元件、恒溫發(fā)熱元件以及限電流元件等。
文檔編號(hào)C04B35/462GK101357848SQ20081006890
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者朱維東, 蔣曉英, 程 趙, 崗 陳 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)