等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性方法与流程

1.本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种受用共价-受主复合掺杂提高钛酸钡基陶瓷介电非线性的方法。


背景技术：

2.介电非线性电容器，由于其介电常数可以随着偏置电压的改变而改变可以应用于移相器、滤波器、谐振器等介电可调设备。由于钛酸钡基陶瓷具有绿色环保、价格低廉方便工业生产的特点，在非线性介电领域也获得了广泛的应用。为了在室温下获得高介电非线性，钛酸钡基陶瓷需要通过同价掺杂将相变点移至室温附近。然而在相变点附近，存在介电损耗过高的问题，严重制约钛酸钡基陶瓷的实际应用。因此迫切需要寻找提升钛酸钡基陶瓷介电非线性与降低钛酸钡基体陶瓷损耗的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法，可以同时实现提高钛酸钡基陶瓷的介电非线性与降低钛酸钡基陶瓷介电损耗。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.本发明的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法包括：
6.第一步骤，配置粉料，按照化学摩尔比例，称量baco3、tio2、zro2和mnco3粉末并与无水乙醇混合后球磨得到第一浆料；
7.第二步骤，预烧，将所述第一浆料烘干过筛进行一次烧结得到第一粉料；
8.第三步骤，压片烧结，将第一粉料过筛后加入无水乙醇进行二次球磨以得到第二浆料。将第二浆料烘干后按照比例加入pva胶后过筛得到位于60目与100目之间的第二粉料。将第二粉料干压成型得到粗坯，将粗坯进行烧结得到钛酸钡基体陶瓷。
9.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法中，第一步骤中，所述baco3、tio2、zro2和mnco3的摩尔比为1∶0.8-x∶0.2∶x，其中x的值为0、0.25％、0.5％、0.75％。
10.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法中，第一步骤中，球磨转速为300-800r/min，球磨时间为4h。
11.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法中，第二步骤中，一次烧结温度为1350℃。
12.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法中，第三步骤中，pva胶所占质量百分比为1％。
13.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法中，第三步骤中，二次球磨转速为300-800r/min，球磨时间为8h。
14.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法中，第三步骤中，烧结温度为1400℃-1450℃。
15.一种根据制备方法得到的钛酸钡基陶瓷介电非线性材料。
16.在上述技术方案中，本发明提供的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法，具有以下有益效果：通过同价元素掺杂，使得钛酸钡基陶瓷相变温度移动至室温附近在相变区介电非线性陶瓷拥有较高的非线性；采用受主元素mn掺杂，可以在增强钛酸钡陶瓷基体离子极化的同时抑制其转向极化，从而实现可调度的增加与损耗的下降。同时实现方法工艺流程简单、成本极低、能耗极低、危险系数低，易于实现工业化批量生产。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的实施例的sem示意图；
19.图2为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的实施例所制备瓷体的xrd图；
20.图3为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的实施例所制备材料的介电温谱曲线图；
21.图4为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的实施例所制备材料的介电非线性示意图；
22.图5为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的实施例6-8所制备材料的介电非线性示意图；
23.图6为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的实施例所制备材料的介电非线性示意图；
24.图7为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的实施例所制备材料的介电非线性示意图；
25.图8为本发明中等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的介电损耗示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。如图1至图8所示，一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法包括，
34.第一步骤，配置粉料，按照化学摩尔比例，称量baco3、tio2、zro2和mnco3粉末并于无水乙醇混合后球磨得到第一浆料；；
35.第二步骤，预烧结，将所述第一浆料烘干过筛进行一次烧结得到第一粉料；
36.第三步骤，压片烧结，将第一粉料过筛后加入无水乙醇进行二次球磨以得到第二浆料。将第二浆料烘干后按照比例加入pva胶后过筛得到位于60目与100目之间的第二粉料。将第二粉料干压成型得到粗坯，将粗坯进行烧结得到钛酸钡基体陶瓷。
37.其中本文所述等价元素，不限于提到的zr元素，还可以是hf、sn元素；所述受主元素不限于mn元素，还包括co、fe等。。
38.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的优选实施方式中，第一步骤中，球磨的反应时间为4-6h。
39.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的优选实施方式中，第二步骤中，预烧结采用的升温速率为80-100℃/h，烧结温度为1300-1350℃，保温时间为2-5h。
40.所述的一种等价-受主掺杂提高钛酸钡陶瓷介电非线性介电性的方法的优选实施
方式中，第三步骤中，压片采用的压强为3-5mpa，粗坯烧结采用的升温速率为80-100℃/h，烧结温度为1400-1500℃，保温时间为2-5h。
41.实施例1：
42.第一步骤，按照化学摩尔比例，称量baco3、tio2、zro2和mnco3粉末并与无水乙醇混合后采用300r/min转速球磨4h得到第一浆料；；
43.第二步骤，将所述第一浆料烘干过100目筛网，以100℃/min的升温速率在1350℃烧结4h，得到第一粉料；
44.第三步骤，将第一粉料过筛后加入无水乙醇进行二次球磨以得到第二浆料。
45.将第二浆料烘干后按照比例加入pva胶后过筛得到位于60目与100目之间的第二粉料。
46.将第二粉料在4.3mpa下干压成型得到直径8mm的粗坯，将粗坯在1450℃下烧结4h得到钛酸钡基体陶瓷。
47.在一个实施例中，等价元素的掺杂使得钛酸钡基陶瓷的相变温度移动至室温附近。受主离子的引入，可以增强相变区钛酸钡基陶瓷的离子极化，抑制转向极化，因而可以同时实现高可调与低损耗，最终导致品质因数的增加。
48.非线性介电材料性能参数：
[0049][0050]
tunability：介电非线性系数
[0051]
fom：品质因数
[0052]
εr(0)：零偏压下介电常数
[0053]
εr(e)：e偏压下介电常数
[0054]
tanδ：材料损耗。
[0055]
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0056]
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。