一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料，所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的化学通式为BaA

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种介电陶瓷材料，具体涉及一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料及其制备方法与应用。
技术介绍
微波(300MHz～300GHz)领域，信息技术和无线通讯的高速发展迫切需要小型化﹑可靠性高﹑温度稳定性好﹑品质高的微波器件；作为微波频段电路中的介质材料，微波介电陶瓷需要同时具备高介电常数﹑低介电损耗和优良的温度稳定性。因为所需要的微波介电陶瓷尺寸与材料的介电常数的平方根成反比，所以为实现器件的小型化，要求介电材料具有高介电常数；众多研究表明，铁电材料，如BaTiO3，满足高介电常数要求，但是其介电常数随温度变化非常大，无法应用于微波器件中；当今，应用的微波介电陶瓷，包括钨青铜结构的BaO-Ln2O3-TiO2(BLT)系列、CaTiO3改性系列和Ba(Zn1/3Ta2/3)O3钙钛矿系列等，具有的介电常数在100以下，远小于本专利的介电数值。ShailUpadhyay等人在期刊《JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics》发表的“DielectricrelaxationandconductioninthesystemBa1-xLaxSn1-xCrxO3”和在期刊《JournalofPhysics:AppliedPhysics》发表的“Synthesis,structureandelectricalbehaviouroflanthanum-dopedbariumstannate”文章中分别探讨了10Hz～5MHz频率范围内，Ba1-xLaxSn1-xCrxO3和Ba1-xLaxSnO3的介电性能；两种材料的介电常数虽然可达103以上，但是具有极强的频率和温度依赖性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料及其制备方法与应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料，所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的化学通式为BaAxBxSn1-2xO3，所述A为In﹑Y﹑Bi和La中的至少一种，所述B为Nb和Ta中的至少一种，0＜x≤0.025。本专利技术所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料具有高介电常数﹑低损耗和温度稳定性好的性能，不仅可用于低频陶瓷电容器介质，尤其突出其作为微波陶瓷的优良性能及其在微波通讯领域的应用价值。本专利技术的目的还在于提供一种所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的制备方法，包括以下步骤：(1)依照化学通式中的摩尔比称取钡源﹑四价锡源、含有A3+的反应物和含有B5+的反应物；(2)将上述反应物球磨混合均匀，干燥后得均一混合物；(3)对步骤(2)所得混合粉体置于氧化铝坩埚中，进行煅烧处理，得煅烧后的粉体；(4)在煅烧后的粉体中加入助烧剂B2O3，然后进行二次球磨，干燥后得到预备粉体；(5)将步骤(4)所得的预备粉体压片，然后烧结处理，得所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料。优选地，所述钡源为BaCO3﹑Ba(NO3)2﹑Ba(NO3)2的水合物﹑BaSO4﹑BaSO4的水合物﹑Ba(OH)2﹑Ba(OH)2的水合物﹑Ba(C2H3O2)2﹑Ba(C2H3O2)2的水合物﹑Ba3(PO4)2和Ba3(PO4)2的水合物中的至少一种。优选地，所述锡源为SnO2。优选地，所述含有A3+的反应物为A2O3﹑A2(C2O4)3﹑A2(C2O4)3的水合物﹑A(NO3)3﹑A(NO3)3的水合物﹑A2(SO4)3﹑A2(SO4)3的水合物﹑A2(CO3)3﹑A2(CO3)3的水合物﹑A(C2H3O2)3及A(C2H3O2)3的水合物中的至少一种。优选地，所述含有B5+的反应物为B2O5。优选地，步骤(3)中，所述煅烧处理为：在升温速率为4～6℃/min下，升温至温度范围为1000℃～1200℃，保温时间3小时结束后，自然冷却至室温。优选地，步骤(4)中，所述助烧剂B2O3的加入量为所述煅烧后的粉体的重量百分含量的0.5％～5％。优选地，步骤(5)之后还包括步骤(6)：将步骤(5)所得的掺杂钙钛矿锡酸钡材料进行表面抛光处理，然后进行退火。通过退火处理可以消除空间电荷，进而得以优化性能，在0＜x≤0.025掺杂量范围内可以依据所得材料的介电性能是否具有频率依赖性，若其介电性能具有频率依赖性，可以通过退火处理解决。但当x>0.025，即使经过退火处理所制备的材料的性能也不能得到进一步的提高。优选地，所述退火为：在升温速率为1.5～15℃/min下，升温至1000℃～1500℃，保温1～24小时，气氛为空气，结束后自然冷却至室温，优选地，所述表面抛光处理为：先用240目的砂纸进行粗抛，然后用1200目的砂纸进行细抛。优选地，步骤(5)中，所述压片的压力为≥1MPa。优选地，步骤(5)中，所述烧结处理为：在升温速率为4～6℃/min下，升温至1300℃～1500℃，保温时间为6～24小时，结束后，自然冷却至室温。优选地，步骤(3)和步骤(4)中，所述球磨为：以钇稳定的氧化锆球为介质，分散介质为乙醇和/或丙酮中，球磨时间为12小时以上。优选地，其特征在于，步骤(3)所述煅烧和步骤(5)所述烧结的气氛为空气或氮气。本专利技术的目的还在于提供所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料在低频陶瓷电容器或微波通讯介电陶瓷中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料，本专利技术所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料通过共掺杂+3价和+5价金属离子进行化学修饰钙钛矿锡酸钡结构，优化了其介电性能，使之同时体现高介电常数﹑低损耗和温度稳定性好的优良性能，满足微波介电材料的应用要求。本专利技术还提供了所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的制备方法，所述制备方法工艺简单，可批量生产。本专利技术还提供了所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料在低频陶瓷电容器或微波通讯介电陶瓷中的应用。附图说明图1为实施例1(BaLa0.0005Nb0.0005Sn0.999O3)﹑实施例2(BaLa0.001Nb0.001Sn0.998O3)、实施例3(BaLa0.025Nb0.025Sn0.95O3)和实施例4(BaLa0.001Ta0.001Sn0.998O3)制备的(A3++B5+)共掺杂钙钛矿锡酸钡材料，及对比例1(BaSnO3)制备的未掺杂的钙钛矿锡酸钡材料的XRD图谱；图2为实施例1(BaLa0.0005Nb0.0005Sn0.999O3)﹑实施例2(BaLa0.001Nb0.001Sn0.998O3)和实施例3(BaLa0.025Nb0.025Sn0.95O3)制备的(La+Nb)共掺杂钙钛矿锡酸钡材料的背散射电子(BSE)图片和相应的二次电子(SE)图片；图3为实施例1(BaLa0.0005Nb0.0005Sn0.999O3)制备的(La+Nb)共掺杂钙钛矿锡酸钡材料，在室温下，其介电常数和介电损耗与频率的关系图谱；图4为实施例1(BaLa0.0005Nb0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料，其特征在于，所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的化学通式为BaA

【技术特征摘要】
1.一种掺杂钙钛矿锡酸钡材料，其特征在于，所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的化学通式为BaAxBxSn1-2xO3，所述A为In﹑Y﹑Bi和La中的至少一种，所述B为Nb和Ta中的至少一种，0＜x≤0.025。


2.一种如权利要求1所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)依照化学通式中的摩尔比称取钡源﹑四价锡源、含有A3+的反应物和含有B5+的反应物；
(2)将上述反应物球磨混合均匀，干燥后得均一混合物；
(3)对步骤(2)所得混合粉体置于氧化铝坩埚中，进行煅烧处理，得煅烧后的粉体；
(4)在煅烧后的粉体中加入助烧剂B2O3，然后进行二次球磨，干燥后得到预备粉体；
(5)将步骤(4)所得的预备粉体压片，然后烧结处理，得所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料。


3.如权利要求2所述掺杂钙钛矿锡酸钡材料的制备方法，其特征在于，如下(a)～(d)中的至少一项：
(a)所述钡源为BaCO3﹑Ba(NO3)2﹑Ba(NO3)2的水合物﹑BaSO4﹑BaSO4的水合物﹑Ba(OH)2﹑Ba(OH)2的水合物﹑Ba(C2H3O2)2﹑Ba(C2H3O2)2的水合物﹑Ba3(PO4)2和Ba3(PO4)2的水合物中的至少一种；
(b)所述锡源为SnO2；
(c)所述含有A3+的反应物为A2O3﹑A2(C2O4)3﹑A2(C2O4)3的水合物﹑A(NO3)3﹑A(NO3)3的水合物﹑A2(SO4)3﹑A2(SO4)3的水合物﹑A2(CO3)3﹑A2(CO3)3的水合物﹑A(C2H3O2)3及A(C2H3O2)3的水合...

【专利技术属性】
技术研发人员：付振晓，刘建梅，任海东，刘芸，特里·詹姆士·弗朗科姆，曹秀华，沓世我，
申请(专利权)人：广东风华高新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44