專利名稱：一種低溫?zé)Y(jié)納米鈦酸鎂粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有低溫?zé)Y(jié)特性的納米鈦酸鎂粉體的制備方法，屬于材料科學(xué) 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)特別是移動(dòng)通訊技術(shù)的高速發(fā)展，電子元器件正向微型化、高 頻化、集成化、模塊化、多功能化以及低成本化等方向發(fā)展，微型化與高頻化已經(jīng)成為目前 先進(jìn)電子元器件的基本特征。在科研工作者的努力下，片式多層元器件的小型化已經(jīng)取得 飛速發(fā)展；如0603已經(jīng)成為片式陶瓷電容器的主流產(chǎn)品，0402已經(jīng)面市，0201已經(jīng)研制成 功；片式多層微波器件已逐步取代腔體結(jié)構(gòu)，并日趨小型化，如日本村田公司的多層陶瓷濾 波器的尺寸已經(jīng)縮減為2. OX 1.25 X 1.0 (mm3)，目前正向1. 0 X 0. 8 X 0. 6 (mm3)、甚至更小的 尺寸方向發(fā)展。推動(dòng)片式器件小型化、微型化的技術(shù)關(guān)鍵是粉體技術(shù)以及厚膜技術(shù)的發(fā)展， 以亞微米甚至納米級(jí)的粉體為原料，制備出厚度在1 5 μ m的陶瓷膜片，是實(shí)現(xiàn)片式器件 小型化與微型化的技術(shù)關(guān)鍵，粉體顆粒的納米化已經(jīng)成為目前電子陶瓷領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
鈦酸鎂陶瓷具有介電損耗低、頻率溫度系數(shù)小等特點(diǎn)，加上其原料豐富、成本低 廉，已經(jīng)成為目前應(yīng)用最廣的微波介質(zhì)陶瓷材料之一，以它為介質(zhì)材料制作的高頻熱補(bǔ)償 電容器、多層陶瓷電容器、GPS天線、介質(zhì)濾波器，以及諧振器等已經(jīng)在通信行業(yè)中得到了 廣泛的應(yīng)用。然而，鈦酸鎂陶瓷的燒結(jié)溫度高達(dá)1400°C以上，為實(shí)現(xiàn)與銅、銀或30Pd-70Ag 電極的低溫共燒，必須降低其燒結(jié)溫度。Huang等(Mater Res Bull，2001，36 :2741)通過(guò) 添加少量的氏03將陶瓷的燒結(jié)溫度降低至1200°C。Bernard等(J Eur Ceram Soc，2004， 24 1877)在MgTia 975O3中添加LiF，將陶瓷的燒結(jié)溫度降低至IOOO0C0 Jantunen等(J Eur Ceram Soc, 2000, 20 :2331)將MgTiO3-CaTiO3 基料和RO-B2O3-SiO2 (R = Zn, Ba)玻璃在900°C實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)Y(jié)，獲得的介電性能為ε r = 8. 5，QX f = 8800 (8GHz)。 Chen 等(Mater ChemPhys, 2003, 79 129)按 MgCaTi03/BaBSi0 玻璃為 50/50 配比，也得到 了在900°C燒結(jié)致密的陶瓷，其介電性能為ε ^ = 13. 2，QXf = 10000。上述低溫?zé)Y(jié)的 鈦酸鎂陶瓷雖然可以用于片式器件的制備，但由于采用傳統(tǒng)固相合成法的粉體顆粒在微米 級(jí)，無(wú)法制備出厚度在5 μ m以下的陶瓷膜片，因而對(duì)促進(jìn)片式多層器件的小型化與微型化 作用有限。
為獲得粒徑細(xì)小的納米級(jí)鈦酸鎂粉體，Li等(J Alloys Compd, 2010,492 :564)詳 細(xì)探討了鈦酸鎂凝膠經(jīng)過(guò)處理后的物相轉(zhuǎn)變，Miao等(Mater Sci Eng B，2006，128 :103) 采用溶膠-凝膠法合成了 10-30nm的鈦酸鎂粉體，并在1200°C實(shí)現(xiàn)了陶瓷的致密燒結(jié)，獲 得了良好的微波介電性能16. 6，QXf = 42，600，τ f =-41ppm/°C。然而，上述納米 鈦酸鎂粉體的燒結(jié)溫度高達(dá)1200°C，很難實(shí)現(xiàn)與金屬電極的低溫共燒，在片式多層電子元 器件領(lǐng)域不具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因而，制備出能與銅、銀或30Pd-7(Mg等電極實(shí)現(xiàn)低溫共燒 的、粒子直徑小于IOOnm的納米鈦酸鎂粉體，將能有效促進(jìn)片式多層微波器件的微型化，對(duì) 現(xiàn)代移動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有低溫?zé)Y(jié)特性的納米鈦酸鎂粉體的制備方法，通過(guò) 本發(fā)明方法制備出來(lái)的鈦酸鎂粉體將能同時(shí)滿足納米級(jí)顆粒與較低燒結(jié)溫度的雙重要求。
本發(fā)明提出的一種低溫?zé)Y(jié)納米鈦酸鎂粉體的制備方法，包括以下步驟
(1)將鎂的化合物溶解于無(wú)水乙醇中，形成0. 5 3. Omol/1的溶液，然后按鎂元素 的物質(zhì)量加入0. 01 % 12 %的硼酸、0. 01 % 10 %的硝酸鋰,0.01^-3%的偏釩酸銨，混 合攪拌使各溶質(zhì)完全溶解；作為優(yōu)選，鎂的化合物溶解于無(wú)水乙醇中，形成1. 5 3. Omol/1 的溶液；當(dāng)鎂的化合物溶解于無(wú)水乙醇中，形成2. 5mol/l的溶液時(shí)效果最佳。
(2)將鈦的化合物溶解于醋酸中，形成1. 0 2. 5mol/l的溶液；
(3)按鈦元素與鎂元素為1 1的摩爾比，將上述步驟(2)的溶液加入到步驟⑴ 的溶液中，同時(shí)按整個(gè)溶液質(zhì)量的 5%加入表面活性劑，混合攪拌均勻；作為優(yōu)選，加 入的表面活性劑占整個(gè)溶液質(zhì)量的2 2. 5% ；
(4)將上述混合溶液置于40 60°C的水浴中，直至獲得透明的凝膠；
(5)將上述凝膠在80 100°C的烘箱中干燥10 M小時(shí)，然后放入高鋁坩堝中， 在600 1000°C進(jìn)行煅燒，即得納米鈦酸鎂粉體。
上述技術(shù)方案中，所述的鎂的化合物為硝酸鎂、醋酸鎂、氯化鎂中的一種或幾種， 所述的鈦的化合物為鈦酸四乙酯、鈦酸四丁酯、四氯化鈦中的一種或幾種，所述的表面活性 劑為油酸、聚乙二醇、聚乙烯醇以及聚乙烯醇縮丁醛中的一種或幾種。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益特點(diǎn)通過(guò)在鎂鈦化合物的溶液中引入低 溫?zé)Y(jié)助劑先驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)助劑組元與鈦酸鎂基體組元在原子級(jí)水平的均勻混合，然后通過(guò) 溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變并經(jīng)煅燒后獲得組分均勻的鈦酸鎂粉體，該粉體能同時(shí)滿足納米級(jí)顆粒與 較低燒結(jié)溫度的雙重要求；本發(fā)明制備的鈦酸鎂粉體與現(xiàn)有低溫?zé)Y(jié)鈦酸鎂粉體相比，除 了具有較低的燒結(jié)溫度外，還具有較小的粉體顆粒直徑；本發(fā)明制備的鈦酸鎂粉體與現(xiàn)有 納米鈦酸鎂粉體相比，除了具有較小的粉體顆粒直徑外，還具有較低的燒結(jié)溫度，完全可以 滿足微型片式多層器件的制備要求。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1
稱取Imol硝酸鎂溶解于無(wú)水乙醇中，形成3. Omol/1的溶液，然后向上述溶液中加 入0. 12mol硼酸、0. OOOlmol硝酸鋰、0. OOOlmol偏釩酸銨，混合攪拌使各溶質(zhì)完全溶解；稱 取Imol鈦酸四丁酯溶解于醋酸中，形成1. Omol/1的溶液。將鈦酸四丁酯的醋酸溶液緩慢 加入到硝酸鎂的無(wú)水乙醇溶液中，同時(shí)加入25克油酸作為表面活性劑，混合攪拌均勻。將 上述混合溶液置于60°C的水浴中，一段時(shí)間后獲得透明的凝膠，將上述凝膠在80°C的烘箱 中干燥M小時(shí)，然后放入高鋁坩堝中，在750°C煅燒2小時(shí)，即得本發(fā)明的納米鈦酸鎂粉體。
上述粉體經(jīng)X-射線電子衍射檢測(cè)，主晶相為MgTiO3相，經(jīng)掃描電鏡觀察，粉體的 顆粒直徑在40-60nm之間。向上述粉體中添加15wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，經(jīng)過(guò) 造粒、成型、排膠后在1100°C燒結(jié)2小時(shí)，即可獲得致密結(jié)構(gòu)的鈦酸鎂陶瓷，并具有良好的微波介電性能er = 17. 63，QXf = 33，768GHz。該納米鈦酸鎂粉體可實(shí)現(xiàn)與30Pd_70Ag 電極的低溫共燒，可用于微型片式多層器件的制備。
實(shí)施例2:
稱取Imol醋酸鎂溶解于無(wú)水乙醇中，形成2. Omol/1的溶液，然后向上述溶液中加 入0. OOOlmol硼酸、0. Imol硝酸鋰、0. Olmol偏釩酸銨，混合攪拌使各溶質(zhì)完全溶解；稱取 Imol鈦酸四乙酯溶解于醋酸中，形成2. Omol/1的溶液。將鈦酸四乙酯的醋酸溶液緩慢加入 到醋酸鎂的無(wú)水乙醇溶液中，同時(shí)加入40克聚乙二醇作為表面活性劑，混合攪拌均勻。將 上述混合溶液置于55°C的水浴中，一段時(shí)間后獲得透明的凝膠，將上述凝膠在90°C的烘箱 中干燥20小時(shí)，然后放入高鋁坩堝中，在700°C煅燒3小時(shí)，即得本發(fā)明的納米鈦酸鎂粉體。
上述粉體經(jīng)X-射線電子衍射檢測(cè)，主晶相為MgTiO3相，經(jīng)掃描電鏡觀察，粉體的 顆粒直徑在30-40nm之間。向上述粉體中添加15wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，經(jīng)過(guò) 造粒、成型、排膠后在1100°C燒結(jié)2小時(shí)，即可獲得致密結(jié)構(gòu)的鈦酸鎂陶瓷，并具有良好的 微波介電性能ε r = 17. 56，QXf = 33，243GHz。該納米鈦酸鎂粉體可實(shí)現(xiàn)與30Pd_70Ag 電極的低溫共燒，可用于微型片式多層器件的制備。
實(shí)施例3:
稱取0. 5mol硝酸鎂、0.4mol醋酸鎂、0. Imol氯化鎂溶解于無(wú)水乙醇中，形成 2. 5mol/l的溶液，然后向上述溶液中加入0. Imol的硼酸、0. 05mol的硝酸鋰、0. 003mol的偏 釩酸銨，混合攪拌使各溶質(zhì)完全溶解；稱取0. 5mol鈦酸四丁酯、0. 3mol鈦酸四乙酯、0. 2mol 四氯化鈦溶解于醋酸中，形成1. 5mol/l的溶液。將鈦化合物的醋酸溶液緩慢加入到鎂化合 物的無(wú)水乙醇溶液中，同時(shí)加入10克聚乙二醇和10克聚乙烯醇作為表面活性劑，混合攪 拌均勻。將上述混合溶液置于50°C的水浴中，一段時(shí)間后獲得透明的凝膠，將上述凝膠在 95°C的烘箱中干燥18小時(shí)，然后放入高鋁坩堝中，在800°C煅燒1小時(shí)，即得本發(fā)明的納米 鈦酸鎂粉體。上述粉體經(jīng)X-射線電子衍射檢測(cè)，主晶相為MgTiO3相，經(jīng)掃描電鏡觀察，粉體 的顆粒直徑在60-90nm之間。向上述粉體中添加15wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，經(jīng) 過(guò)造粒、成型、排膠后在1100°C燒結(jié)2小時(shí)，即可獲得致密結(jié)構(gòu)的鈦酸鎂陶瓷，并具有良好 的微波介電性能ε r = 17. 51，QXf = 34，437GHz。該納米鈦酸鎂粉體可實(shí)現(xiàn)與30Pd_70Ag 電極的低溫共燒，可用于微型片式多層器件的制備。
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)Y(jié)納米鈦酸鎂粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將鎂的化合物溶解于無(wú)水乙醇中，形成0.5 3. Omol/1的溶液，然后按鎂元素的質(zhì) 量加入0. 01 % 12 %的硼酸、0. 01 % 10 %的硝酸鋰,0.01^-3%的偏釩酸銨，混合攪拌 使各溶質(zhì)完全溶解；(2)將鈦的化合物溶解于醋酸中，形成1.0 2. 5mol/l的溶液；(3)按鈦元素與鎂元素為1 1的摩爾比，將上述步驟( 的溶液加入到步驟(1)的溶 液中，同時(shí)按整個(gè)溶液質(zhì)量的 5%加入表面活性劑，混合攪拌均勻；(4)將上述混合溶液置于40 60°C的水浴中，直至獲得透明的凝膠；(5)將上述凝膠在80 100°C的烘箱中干燥10 M小時(shí)，然后放入高鋁坩堝中，在 600 1000°C進(jìn)行煅燒，得納米鈦酸鎂粉體；所述的鎂的化合物為硝酸鎂、醋酸鎂或氯化鎂中的一種或幾種；所述的鈦的化合物為 鈦酸四乙酯、鈦酸四丁酯或四氯化鈦中的一種或幾種；所述的表面活性劑為油酸、聚乙二 醇、聚乙烯醇以及聚乙烯醇縮丁醛中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的鎂的化合物溶解于無(wú)水乙醇 中，形成1.5 3. Omol/1的溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的鎂的化合物溶解于無(wú)水乙醇 中，形成2. 5mol/l的溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)中加入的表面活性劑 占整個(gè)溶液質(zhì)量的2 2.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開的低溫?zé)Y(jié)納米鈦酸鎂粉體的制備方法，其步驟包括將鎂的化合物溶解于無(wú)水乙醇中，然后加入適量的硼酸、硝酸鋰以及偏釩酸銨進(jìn)行溶解，同時(shí)將鈦的化合物溶解于醋酸中；將上述兩溶液進(jìn)行混合，同時(shí)加入適量的表面活性劑；將上述混合溶液攪拌均勻后置于水浴中獲得凝膠，將凝膠烘干后再在600～1000℃煅燒，即得本發(fā)明的鈦酸鎂粉體。該方法工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)在鎂鈦化合物的溶液中引入低溫?zé)Y(jié)助劑先驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)助劑組元與鈦酸鎂基體組元在原子級(jí)水平的均勻混合，所制備的鈦酸鎂粉體能同時(shí)滿足納米級(jí)顆粒與較低燒結(jié)溫度的雙重要求，可用于微型片式多層微波器件的制備。
文檔編號(hào)B82B3/00GK102030364SQ20101029846
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者徐時(shí)清, 王煥平, 繆鍇, 趙士龍, 鄧德剛 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院