專利名稱：無鉛鋯鈦酸鋇功能陶瓷薄膜的濕化學(xué)法制備技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鉛鋯鈦酸鋇(BZT)功能陶瓷薄膜的制備技術(shù)，更確切地說是關(guān)于用濕化學(xué)方法制備BZT功能陶瓷薄膜，屬于功能陶瓷薄膜領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的是通過下述配制過程實(shí)施的1.首先將醋酸鋇溶于冰醋酸，控制加熱至70℃，攪拌30分鐘，得到澄清的醋酸鋇溶液。將丙醇鋯和鈦酸丁酯分別溶于乙二醇甲醚中，且在鈦酸丁酯的乙二醇甲醚溶液中加入5％-15％的乙酰丙酮(或冰醋酸)以穩(wěn)定溶液，攪拌10分鐘。再按所需Zr/Ti比，將丙醇鋯-乙二醇甲醚和鈦酸乙酯-乙二醇甲醚溶液混合攪拌10分鐘；最后鋇、鋯、鈦三者比例克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶X∶1-X，(0≤X≤1)，將鋯鈦混合液倒入冷卻的醋酸鋇溶液中，將得到的鋯鈦酸鋇混合溶液加熱至70℃，攪拌30分鐘，使溶液水解，最后將配制好的溶液用慢速定性濾紙過濾，去除雜質(zhì)，從而得到澄清的BZT前驅(qū)液。
2.制備BZT薄膜。將上述濃度為0.2-0.3M前驅(qū)液甩膠成膜法制膜，選擇Pt/Ti/SiO2/Si為基片，甩膠速度控制在3000-4000轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間30秒，然后放在350℃-450℃的熱平板上預(yù)處理10分鐘，經(jīng)過多次成膜-預(yù)處理-再成膜，獲得一定厚度的功能BZT膜，再經(jīng)650℃-720℃在快速熱退火爐中，氧氣氛下退火10分鐘，升溫速率是100℃/秒，得到結(jié)晶完善，隨機(jī)取向的BZT薄膜。
本發(fā)明提供的制備無鉛功能薄膜的方法比有以下優(yōu)點(diǎn)不需精餾，不需另外加水控制醇鹽水解，只需加少量穩(wěn)定劑，整個(gè)過程只需1-2小時(shí)，前驅(qū)液存放周期長，穩(wěn)定性好，存放180天后制膜，性能不變。制備的無鉛BZT功能薄膜具有良好的介電、鐵電和壓電性能。
實(shí)施例1濃度為0.3摩爾/升前驅(qū)液中金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶0.05∶0.95(簡稱BZT5)，其制備方法是將醋酸鋇溶于冰醋酸，控制加熱至70℃，攪拌30分鐘，得到澄清的醋酸鋇溶液；將丙醇鋯和鈦酸丁酯分別加入乙二醇甲醚中，加入10％的乙酰丙酮以穩(wěn)定溶液，攪拌10分鐘。按上述比例加熱至70℃，攪拌30分鐘，用快速定性濾紙濾去雜質(zhì)制成前驅(qū)液。選擇Pt/Ti/SiO2/Si為基片，甩膠速度3600轉(zhuǎn)分鐘，時(shí)間30秒，預(yù)處理溫度為450℃，時(shí)間10分鐘，重復(fù)六次。經(jīng)720℃，氧氣氛下退火10分鐘，升溫速率是100℃/秒，獲得厚度為490nm薄膜，結(jié)晶完善、呈隨機(jī)取向。再在膜上蒸發(fā)φ0.8mm的Cr/Au電極，測量其鐵電性能。

圖1-4是BZT5薄膜的XRD譜、形貌、鐵電性能。
實(shí)施例2前驅(qū)液濃度0.3摩爾/升，金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶0.5∶0.5(簡稱BZT50/50)，甩膠速度3800轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間30秒，每次預(yù)處理溫度420℃，時(shí)間10分鐘，反復(fù)六次，經(jīng)730℃，氧氣氛下迅速退火處理10分鐘，獲得厚度為300nm的薄膜，得到結(jié)晶完善，呈隨機(jī)取向的BZT50/50薄膜。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3前驅(qū)液濃度0.3摩爾/升，金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶1∶0(簡稱BZ)，甩膠速度3000轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間30秒，每次預(yù)處理溫度420℃，時(shí)間10分鐘，反復(fù)六次，經(jīng)730℃，氧氣氛下迅速退火處理10分鐘，獲得厚度為600nm的薄膜，得到結(jié)晶完善，呈隨機(jī)取向的BZ薄膜。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例4預(yù)處理溫度為400℃，得到結(jié)晶完善，顯示(100)取向的BZT薄膜。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例5前驅(qū)液中金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶0.08∶0.92，基片為Pt/Ti/SiO2/Si，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例6前驅(qū)液中金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶0.15∶0.85，基片為Pt/Ti/SiO2/Si，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例7前驅(qū)液中金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶0.20∶0.80，基片為Pt/Ti/SiO2/Si，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例8前驅(qū)液中金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶0.30∶0.70，基片為Pt/Ti/SiO2/Si，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例9前驅(qū)液中金屬離子克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶0.75∶0.25，基片為Pt/Ti/SiO2/Si，其余同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種制備無鉛鋯鈦酸鋇功能陶瓷薄膜的制備技術(shù)，包括前驅(qū)液的配制，熱處理過程及成膜工藝的選擇，其特征在于(1)前驅(qū)液是以醋酸鋇、丙醇鋯、鈦酸丁酯為原料，以乙二醇甲醚溶劑，乙酰丙酮或冰醋酸為穩(wěn)定劑；按Ba∶Zr∶Ti＝1∶X∶1-X，0≤X≤1，配制成前驅(qū)液；前驅(qū)液濃度為0.2-0.3摩爾/升；(2)前驅(qū)液經(jīng)過濾除去雜質(zhì)，甩膠成膜法制備薄膜，選擇Pt/Ti/SiO2/Si為基片，甩膠速度控制在3000-4000轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間30秒，然后放在350℃-450℃的熱平板上預(yù)處理10分鐘，經(jīng)過多次成膜-預(yù)處理-再成膜，獲得一定厚度的BZT薄膜，再經(jīng)650-750℃在氧氣氛下退火處理10分鐘，升溫速率為100℃/秒，得到結(jié)晶完善，隨機(jī)取向或擇優(yōu)取向的功能BZT薄膜。
2.按權(quán)利要求書1所述的制備無鉛鋯鈦酸鋇功能陶瓷薄膜的制備技術(shù)，其特征在于，權(quán)利要求1中第1款所述的前驅(qū)液配制的工藝條件為(1)醋酸鋇溶于冰醋酸，控制加熱至70℃，攪拌30分鐘，得到澄清的醋酸鋇溶液；(2)將丙醇鋯溶于乙二醇甲醚；(3)將鈦酸丁酯溶于乙二醇甲醚，加入5％-15％的乙酰丙酮或冰醋酸，攪拌10分鐘，穩(wěn)定溶液；(4)按所需的Zr/Ti比，將丙醇鋯-乙二醇甲醚和鈦酸丁酯-乙二醇甲醚溶液混合，攪拌10分鐘。(5)鋇、鋯、鈦三者比例克分子濃度比為Ba∶Zr∶Ti＝1∶X∶1-X，0≤X≤1將鋯鈦混合溶液倒入冷卻的醋酸鋇溶液中，將得到的鋯鈦酸鋇混合液加熱至70℃，攪拌30分鐘，使溶液水解。
3.按權(quán)利要求1或2所述的制備無鉛鋯鈦酸鋇功能陶瓷薄膜的制備技術(shù)，其特征在于所得薄膜厚度300-600nm，呈隨機(jī)取向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種簡便而有效的制備鋯鈦酸鋇(BZT)薄膜的濕化學(xué)法制備技術(shù),屬于功能陶瓷薄膜領(lǐng)域。前驅(qū)液以醋酸鋇、丙醇鋯、鈦酸丁酯為原料,以乙二醇甲醚為溶劑,乙酰丙酮和冰醋酸為穩(wěn)定劑,按Ba∶Zr∶Ti=1∶X∶1－X克分子濃度配比(0≤X≤1)制備BZT功能薄膜的前驅(qū)液,濃度為0.2—0.3M,然而經(jīng)過濾后成膜、甩膠、甩膠速度為3000—4000轉(zhuǎn)/分,時(shí)間30秒,然后預(yù)處理,經(jīng)多次成膜—預(yù)處理—再成膜,達(dá)到需要厚度后于650—750℃氧氣氛下退火制成。用本發(fā)明制備的無鉛BZT功能薄膜具有良好的介電、鐵電和壓電性能,與傳統(tǒng)有鉛的鉛基薄膜相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn):成分無鉛,適合環(huán)境保護(hù)要求。
文檔編號(hào)C23C18/00GK1350071SQ01126760
公開日2002年5月22日 申請日期2001年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者唐新桂, 丁愛麗, 葉揚(yáng), 李國榮, 殷慶瑞 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所