專(zhuān)利名稱：制備鈦酸鍶鋇-氧化鎂基陶瓷流延漿料及坯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料領(lǐng)域，涉及一種鈦酸鍶鋇(B^6Sra4TiO3,BST)-氧化鎂(MgO) 基陶瓷材料在流延成型方法中形成高質(zhì)量坯片的制備方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鍶鋇(BST)基鐵電材料具有較高的介電常數(shù)、低的介質(zhì)損耗以及高的電壓可調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用微波可調(diào)器如移相器、濾波器、可變電容器及延遲線等方面，尤其是在LTCC低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic)應(yīng)用更是目前研究的熱點(diǎn)。而對(duì)于微波可調(diào)器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，BST材料應(yīng)具有適中的介電常數(shù)( 200)、低介電損耗 (< 2 X 10_3)，高介電常數(shù)偏場(chǎng)可調(diào)性和較小的介電常數(shù)溫度變化率，因此，近年來(lái)研究工作者通常在BST基體中摻入非鐵電相(如&02，MgO, Mg2SiO4, ZnNb2O6等)形成復(fù)相陶瓷， 其中BST-MgO復(fù)相陶瓷成為研究的熱點(diǎn)。為了制備LTCC低溫共燒陶瓷器件，流延成型工藝首選的制備方法，該技術(shù)是將超細(xì)陶瓷粉料與溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等均勻混合制成漿料，經(jīng)由刮刀口形成表面光滑、厚度均勻附著于輸送帶上的薄層，經(jīng)干燥制成具有良好韌性的坯片。因此，適宜的流延漿料的制備是獲得性能優(yōu)良的生帶的前提，而無(wú)機(jī)添加劑粉料及有機(jī)物組分都能夠顯著影響漿料的流變性能及分散穩(wěn)定性，對(duì)漿料的制備有著非常重要的作用。此外，為了實(shí)現(xiàn)BST-MgO復(fù)相陶瓷的低溫?zé)Y(jié)，常采用B2O3-Li2CO3為燒結(jié)助劑，然而化03的引入給流延法制備BST-MgO復(fù)相陶瓷帶來(lái)了很多困難，例如在制備流延漿料過(guò)程中，溶解到溶劑中的化03與含羥基的有機(jī)添加劑(PVA、PVB等)反應(yīng)生成三維的膠凝結(jié)構(gòu)， 從而使?jié){料的粘度增加，穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致流延后坯片微觀結(jié)構(gòu)不均勻，不致密，最終影響燒結(jié)體的電學(xué)性能。本專(zhuān)利發(fā)明一種制備鈦酸鍶鋇-氧化鎂基陶瓷流延坯片的方法，其方法的關(guān)鍵是通過(guò)選擇合適的溶劑、粘結(jié)劑、分散劑、增塑劑等，并對(duì)它們進(jìn)行合適的配比組合，從而得到均勻穩(wěn)定，適合流延成型的BST-MgO漿料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于獲得一種均勻穩(wěn)定，適合流延成型的BST-MgO漿料的方法，其特點(diǎn)是通過(guò)有機(jī)添加劑的選擇和粉料的預(yù)處理等，抑制配方中化03與PVB反應(yīng)，得到粘度適中，流動(dòng)性好的流延漿料體系，最終制備結(jié)構(gòu)和性能良好的BST-MgO流延坯片。發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。采用乙醇-二甲苯為溶劑，聚乙烯醇縮丁醛(PVB)為粘結(jié)劑，聚乙二醇(PEG)分散劑，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)為增塑劑，制備以IO3-Li2CO3為燒結(jié)助劑的BST-MgO基流延漿料，最后形成高質(zhì)量的流延坯片，為L(zhǎng)TCC低溫共燒陶瓷器件打下應(yīng)用基礎(chǔ)。本發(fā)明的制備鈦酸鍶鋇-氧化鎂基陶瓷流延漿料的方法；步驟如下1)流延粉體的預(yù)處理
(1)按照配方比例50wt% BST+50wt%Mg0進(jìn)行稱重配料，再加入以BST+MgO重量為 100%計(jì)的 1. 5wt% B203+2. 5wt. % Li2CO3 ；(2)將稱好的粉體放入球磨罐中，以乙醇為球磨介質(zhì)球磨，球磨時(shí)間為4-6小時(shí)； 放進(jìn)烘箱進(jìn)行干燥；(3)將干燥后的粉體放入電爐中，在700-800°C溫度下進(jìn)行煅燒，升溫速度為;TC/ 分鐘，保溫1-2小時(shí)，得到的陶瓷粉體；2)流延漿料的制備(1)初級(jí)流延漿料的制備將前面步驟1煅燒得到的陶瓷粉體加入到盛有乙醇/ 二甲苯溶劑的溶器中，粉體含量占40wt%，有機(jī)溶劑占60wt其中乙醇二甲苯為40wt% 60wt%，再加入1. 0-2. Owt % PEG-1500作為分散劑，進(jìn)行充分的球磨混合，得到初級(jí)流延漿料；(2)終級(jí)流延漿料的制備將前面步驟2)的(1)得到的初級(jí)流延漿料中，加入 1. 0-3. Owt% PVB作為粘結(jié)劑，加入1. 5-3. Owt% DBP作為增塑劑，再次進(jìn)行充分的球磨混合，達(dá)到均勻，然后將漿料陳化16 50小時(shí)，制得終級(jí)流延漿料；上述幻是以陶瓷粉體與有機(jī)溶劑重量為100%計(jì)。本發(fā)明優(yōu)選的BST(Biia6Sra4TiO3)選用粒度為納米級(jí)、粒形為類(lèi)球型粉體;MgO選用粒度為納米級(jí)、粒形為類(lèi)球型粉體；Li2CO3和化03選用一般分析純的化學(xué)試劑粉料。本發(fā)明一種制備鈦酸鍶鋇-氧化鎂基陶瓷流延漿料的方法；將流延漿料倒入流延成型機(jī)的漿料斗中，開(kāi)動(dòng)流延成型機(jī)進(jìn)行流延坯片的制備，流延過(guò)程中，刮刀高度控制在 200-300 μ m,承載坯片皮帶運(yùn)行速度為0. 4-1. Ocm/s ；將流延成型好的坯片在流延機(jī)上自然干燥后，然后揭下基底有機(jī)薄膜，獲得流延坯片。這里，粘結(jié)劑PVB與增塑劑DBP加入量的比值(R)對(duì)流延漿料的穩(wěn)定性起重要作用，附
圖1為該比值對(duì)流延漿料流變特性的影響關(guān)系，其中在R = O. 4-0. 7范圍內(nèi)，粘結(jié)劑 PVB與增塑劑DBP加入量比值達(dá)到一合適值，如R = 0. 66時(shí)，粘度最小，流延漿料的流變特
性最好。采用本發(fā)明制備的漿料流變特性好，粘度低，有效抑制了漿料中化03與PVB分子中羥基基團(tuán)的反應(yīng)，獲得的坯片微觀結(jié)構(gòu)均勻致密，強(qiáng)度適合加工需要。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 1、流延粉體預(yù)處理(1)采用電子天平稱量 30gBST、30gMg0、0. 45gB203 和 2. 25gLi2C03。(2)將稱好的粉體放入球磨罐中，并加入IlOml乙醇和150氧化鋯研磨球，采用行星球磨機(jī)球磨時(shí)間為4小時(shí)。(3)將球磨好的漿料置入托盤(pán)中，放進(jìn)烘箱，在80°C下進(jìn)行干燥。(4)對(duì)干燥后的粉體進(jìn)行碾碎，過(guò)100目篩。(5)將粉體放入電爐中，在700°C溫度下進(jìn)行煅燒，升溫速度為3°C /分鐘，保溫2 小時(shí)。2、流延漿料的制備
(1)采用電子天平稱量11. 19g乙醇和27. 975g 二甲苯溶液并混合均勻，然后向混合溶液中加入0. 525gPVB,超聲處理20分鐘，待PVB溶解后，加入30g流延粉體，并采用行星球磨機(jī)球磨4小時(shí)。得到粘度為15mPa · s的初級(jí)流延漿料。(2)向初級(jí)流延漿料中加入0. 9gPVB粘結(jié)劑，0. 3gPEG和0. 3gDBP,并采用滾動(dòng)球磨機(jī)球磨M小時(shí)，最后將漿料陳化40小時(shí)，獲得呈現(xiàn)剪切變稀流體特性的流延漿料。3、流延坯片的制備(1)將陳化后的終級(jí)流延漿料倒入流延成型機(jī)的漿料斗中，開(kāi)動(dòng)流延成型機(jī)進(jìn)行流延坯片的制備。流延過(guò)程中，刮刀高度控制在200 μ m，承載坯片皮帶運(yùn)行速度為O.km/
So(2)將流延成型好的坯片在流延機(jī)上自然干燥30分鐘，然后揭下基底有機(jī)薄膜， 獲得可加工的流延坯片。由以上工藝參數(shù)獲得的坯片粉體分散均勻，致密度較好，其SEM照片見(jiàn)附圖2。實(shí)施例2 1、流延粉體預(yù)處理制備工藝步驟與實(shí)施例1相同，所不同的是在所述⑵中粉體球磨時(shí)間為5小時(shí)， 所述(5)中煅燒溫度為750°C，保溫時(shí)間為1. 5小時(shí)。2、流延漿料的制備(1)采用電子天平稱量11. 04g乙醇和16. 56g 丁酮溶液并混合均勻，然后向混合溶液中加入0. 3gPVB,超聲處理20分鐘，待PVB溶解后，加入30g流延粉體，并采用行星球磨機(jī)球磨4小時(shí)。得到粘度為20mPa · s的初級(jí)流延漿料。(2)向初級(jí)流延漿料中加入1. 2gPVB粘結(jié)劑，0. 45gPEG和0. 45gDBP,并采用滾動(dòng)球磨機(jī)球磨M小時(shí)，最后將漿料陳化50小時(shí)，獲得呈現(xiàn)剪切變稀流體特性的流延漿料。3、流延坯片的制備(1)將陳化后的終級(jí)流延漿料倒入流延成型機(jī)的漿料斗中，開(kāi)動(dòng)流延成型機(jī)進(jìn)行流延坯片的制備。流延過(guò)程中，刮刀高度控制在250 μ m，承載坯片皮帶運(yùn)行速度為0. 6cm/
So(2)將流延成型好的坯片在流延機(jī)上自然干燥30分鐘，然后揭下基底有機(jī)薄膜， 獲得可加工的流延坯片。由以上工藝參數(shù)獲得的坯片粉體分散均勻，致密度好，其SEM照片見(jiàn)附圖3。實(shí)施例3 1、流延粉體預(yù)處理制備工藝步驟與實(shí)施例1相同，所不同的是在所述⑵中粉體球磨時(shí)間為6小時(shí)， 所述(5)中煅燒溫度為800°C，保溫時(shí)間為1小時(shí)。2、流延漿料的制備(1)采用電子天平稱量11. 34g乙醇和17. Olg丁酮溶液并混合均勻，然后向混合溶液中加入0. 6gPVB,超聲處理20分鐘，待PVB溶解后，加入30g流延粉體，并采用行星球磨機(jī)球磨4小時(shí)。得到粘度為20mPa · s的初級(jí)流延漿料。(2)向初級(jí)流延漿料中加入0. 6gPVB粘結(jié)劑，0. 225gPEG和0. 225gDBP,并采用滾動(dòng)球磨機(jī)球磨M小時(shí)，最后將漿料陳化16小時(shí)，獲得呈現(xiàn)剪切變稀流體特性的流延漿料。
3、流延坯片的制備(1)將陳化后的終級(jí)流延漿料倒入流延成型機(jī)的漿料斗中，開(kāi)動(dòng)流延成型機(jī)進(jìn)行流延坯片的制備。流延過(guò)程中，刮刀高度控制在300 μ m，承載坯片皮帶運(yùn)行速度為1.0cm/
So(2)將流延成型好的坯片在流延機(jī)上自然干燥30分鐘，然后揭下基底有機(jī)薄膜， 獲得可加工的流延坯片。由以上工藝參數(shù)獲得的坯片粉體分散相對(duì)均勻，致密度相對(duì)較好，其SEM照片見(jiàn)附圖4。
權(quán)利要求
1.一種制備鈦酸鍶鋇-氧化鎂基陶瓷流延漿料的方法；其特征是步驟如下1)流延粉體的預(yù)處理(1)按照配方比例50wt%BST+50wt% MgO進(jìn)行稱重配料，再加入以BST+MgO重量為 100%計(jì)的 1. 5wt% B203+2. 5wt. % Li2CO3 ；(2)將稱好的粉體放入球磨罐中，以乙醇為球磨介質(zhì)球磨，球磨時(shí)間為4-6小時(shí)；放進(jìn)烘箱進(jìn)行干燥；(3)將干燥后的粉體放入電爐中，在700-800°C溫度下進(jìn)行煅燒，升溫速度為3°C/分鐘，保溫1-2小時(shí)，得到的陶瓷粉體；2)流延漿料的制備(1)初級(jí)流延漿料的制備將前面步驟1煅燒得到的陶瓷粉體加入到盛有乙醇/ 二甲苯溶劑的溶器中，粉體含量占40wt%，有機(jī)溶劑占60wt% ；其中乙醇二甲苯為 40wt% 60wt%，再加入1. 0-2. Owt % PEG-1500作為分散劑，進(jìn)行充分的球磨混合，得到初級(jí)流延漿料；(2)終級(jí)流延漿料的制備將前面步驟2)的⑴得到的初級(jí)流延漿料中，加入 1. 0-3. Owt % PVB作為粘結(jié)劑，加入1. 5-3. Owt % DBP作為增塑劑，再次進(jìn)行充分的球磨混合，達(dá)到均勻，然后將漿料陳化16 50小時(shí)，制得終級(jí)流延漿料；上述2、是以陶瓷粉體與有機(jī)溶劑重量為100%計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是BST(Biia6Sra4TiO3)選用粒度為納米級(jí)、粒形為類(lèi)球型粉體；MgO選用粒度為納米級(jí)、粒形為類(lèi)球型粉體；Li2CO3和化03選用一般分析純的化學(xué)試劑粉料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備鈦酸鍶鋇-氧化鎂基陶瓷流延漿料及坯片的方法，通過(guò)有機(jī)添加劑的選擇和粉料的預(yù)處理等，抑制配方中B2O3與PVB反應(yīng)，得到粘度適中，流動(dòng)性好的流延漿料體系，最終制備結(jié)構(gòu)和性能良好的BST-MgO流延坯片。發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。采用乙醇-二甲苯為溶劑，聚乙烯醇縮丁醛(PVB)為粘結(jié)劑，聚乙二醇(PEG)分散劑，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)為增塑劑，制備以B2O3-Li2CO3為燒結(jié)助劑的BST-MgO基流延漿料，最后形成高質(zhì)量的流延坯片，為L(zhǎng)TCC低溫共燒陶瓷器件打下應(yīng)用基礎(chǔ)。采用本發(fā)明制備的漿料流變特性好，粘度低，獲得的坯片微觀結(jié)構(gòu)均勻致密，強(qiáng)度適合加工需要。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102408232SQ201110241738
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者周玉貴, 季惠明, 李曉雷, 王燦, 高鵬 申請(qǐng)人:天津大學(xué)