本发明专利技术公开了一种基于共沉淀法制备钛酸铜钙陶瓷的方法，具体工艺是：通过钛酸丁酯、草酸和草酸钠的定量反应，控制草酸钛盐ｐＨ值，获得澄清溶液；通过调节硝酸盐和乙酸盐的比例，调节钙、铜混合溶液ｐＨ值，便于共沉淀反应的发生。经混合、共沉淀反应、分离、洗涤、干燥获得杂相少、纯度高的超细前驱粉料，将前驱粉料煅烧后粉碎造粒，经常规干压成型、空气中１１００℃烧结，得到钛酸铜钙陶瓷。这种方法工艺简单，ｐＨ值控制准确，结果重复性好，易于工业化。制备的陶瓷具有介电常数高且稳定，损耗低的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高介电钛酸铜钙陶瓷的制备方法，特别是一种基于共沉淀法制备钛酸铜钙陶瓷的方法。
技术介绍
在航空、军事、工业、医学等领域中，都需要高电能存储系统，但是无源元件，特别是电容器，成为限制高电能存储系统设计的主要因素，开发高储能密度电容器成为主要的技术难题。陶瓷材料具有耐高温、使用寿命长等优点，特别是片式叠层电容器(MultilayerCeramic C即acitor， MLCC)的发展，使得高介电常数陶瓷在高储能密度电容器中的应用更具优势。 钛酸铜钙&0!3114012陶瓷，是近年来发现的巨介电常数材料，与其他高介电常数陶瓷相比，它不仅具有更高的介电常数值(在室温下高达105)，且介电常数值在100 380K的温度范围内几乎保持不变，这一特性使它可能成为的理想高储能密度电容器材料。但是，CaCu3Ti4012陶瓷的介质损耗较大，不能满足电容器材料的要求，迫切需要在保持其高介电常数的基础上，降低其损耗。 现有CaCu3Ti4012陶瓷的制备方法主要为传统固相反应法，由于原料种类较多，不易混合均匀，而且原料CuO在高温煅烧的过程中极易挥发，造成各元素之间的比例失配，使制得CaCu3Ti4012陶瓷的介电性能由于制备工艺的客观变化，出现很大差别。例如文献1 (B.A. Bender et al，Materi. Sci. Engin. B， 117(2005)339.)报道了不同条件制备的CaCu3Ti4012陶瓷，介电常数相差50%。文献2(S.Aygun et al， J. Electroceram. ， 15 (2005) 203)报道了随着烧结时间延长，CaCu3Ti4012陶瓷常温下介电常数急剧上升。 共沉淀法制备多组分陶瓷，可以使得各反应原料在分子级别接触和反应，得到纯度更高，更均匀的超细前驱粉料，从而改善陶瓷显微结构，进而提高介电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于共沉淀法制备CaCu3Ti4012陶瓷的方法，可明显降低CaCu3Ti4012陶瓷的损耗，改善陶瓷介电性能。 为了达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的 —种基于共沉淀法制备钛酸铜钙陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)将0. 25-0. 5mol/L的钛酸丁酯乙醇溶液200-400ml和pH值为1. 1-1. 5的草酸水溶液300-500ml混合，得到黄白色絮状沉淀；再在该溶液中加入草酸钠溶液2000-3000ml，其中，钛酸丁酯、草酸与草酸钠为等摩尔比；不断搅拌使沉淀溶解，得到澄清的草酸钛盐溶液记为溶液A ; (2)按质量百分比将下述组分硝酸钙5-12% 、乙酸钙12-18% 、硝酸铜17-35%和乙酸铜42-60%溶于2000ml去离子水中，搅拌至完全溶解，制得钙铜混合溶液记为溶液B ; (3)将上述溶液A、 B直接混合，搅拌至反应完全，获得淡蓝色沉淀，经三次以上去离子水洗涤并过滤后，干燥除去水分，得到前驱粉料； (4)将前驱粉料在95(TC煅烧8-12h后粉碎造粒，然后压制成的圆片状生坯； (5)将生坯在空气气氛下IIO(TC烧结16-20h，得到钛酸铜钙陶瓷。 上述方案中，所述草酸钛盐溶液A中的pH值控制为3。所述钙铜混合溶液B中pH值控制为5-6。所述升温和降温速率分别是20(TC/h和15(rC/h。所述的干燥温度不高于IO(TC。 本专利技术提供的共沉淀制备CaCu3Ti4012陶瓷方法，制备过程简单，通过f丐盐和铜盐含量对PH值控制精确，可得到性能稳定的前驱粉料。与传统固相法制备的CaCu3Ti4012陶瓷相比，本专利技术共沉淀制备的CaCu3Ti4012陶瓷，显微结构致密，介电常数高且稳定，例如将乙酸盐与硝酸盐质量比控制在1.2 : l，可显著降低钛酸铜钙陶瓷介电损耗(在100Hz 10kHz tanS小于0. 06)。附图说明 图1是本专利技术中使用共沉淀法制备钛酸铜钙陶瓷的工艺流程。 图2是本专利技术实施例1、实施例2和实施例3所制的钛酸铜钙陶瓷粉末的XRD图。具体实施例方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。 实施例1 称取34. 04g钛酸丁酯溶入200ml酒精中，得到澄清透明的钛酸丁酯乙醇溶液。再称取12.61g草酸，溶于300ml去离子水中，配制为pH值为1. 1的草酸溶液。将上述两溶液混合，形成黄白色絮状沉淀。再称取13. 4g草酸钠，溶于2000ml去离子水中，搅拌至完全溶解，加入上述有沉淀的混合溶液中，搅拌至沉淀溶解，得到澄清透明溶液。 称取1. 18g硝酸钙，3. 52g乙酸钙，3. 62g硝酸铜和11. 98g乙酸铜，溶于2000ml去离子水中，搅拌至完全溶解，迅速加入不断搅拌的上述澄清草酸钛溶液中，形成淡蓝色沉淀。搅拌4h使之反应完全后，过滤沉淀，再经5次去离子水清洗，过滤，并在8(TC烘干24h，得到前驱粉料。 前驱粉料在95(TC煅烧12h后造粒，然后压制成直径为12. 6mm厚度为l_2mm的圆片状生坯。生坯在空气气氛下IIO(TC烧结16h，升温和降温速率分别是200°C /h和150°C /h。具体工艺流程如图l所示。 实施例2 称取34. 04g钛酸丁酯溶入400ml酒精中，得到澄清透明的钛酸丁酯乙醇溶液。再称取12. 61g草酸，溶于350ml去离子水中，配制为pH值为1. 3的草酸溶液。将上述两溶液混合，形成黄白色絮状沉淀。再称取13. 4g草酸钠，溶于3000ml去离子水中，搅拌至完全溶解，加入上述有沉淀的混合溶液中，搅拌至沉淀溶解，得到澄清透明溶液。 称取1.77g硝酸钙，3. 08g乙酸钙，5. 44g硝酸铜和10. 48g乙酸铜，溶于2000ml去离子水中，搅拌至完全溶解，迅速加入不断搅拌的上述澄清草酸钛溶液中，形成淡蓝色沉淀。搅拌4h使之反应完全后，过滤沉淀，再经3次去离子水清洗，过滤，并在9(TC烘干20h，得到前驱粉料。 前驱粉料在95(TC煅烧8h后造粒，然后压制成直径为12. 6mm厚度为l-2mm的圆片状生坯。生坯在空气气氛下IIO(TC烧结18h，升温和降温速率分别是20(TC /h和150°C /h。具体工艺流程如图l所示。 实施例3 称取34. 04g钛酸丁酯溶入300ml酒精中，得到澄清透明的钛酸丁酯乙醇溶液。再称取12. 61g草酸，溶于500ml去离子水中，配制为pH值为1. 5的草酸溶液。将上述两溶液混合，形成黄白色絮状沉淀。再称取13. 4g草酸钠，溶于2500ml去离子水中，搅拌至完全溶解，加入上述有沉淀的混合溶液中，搅拌至沉淀溶解，得到澄清透明溶液。 称取2. 36g硝酸钙，2. 64g乙酸钙，7. 25g硝酸铜和8. 98g乙酸铜，溶于2000ml去离子水中，搅拌至完全溶解，迅速加入不断搅拌的上述澄清草酸钛溶液中，形成淡蓝色沉淀。搅拌4h使之反应完全后，过滤沉淀，再经4次去离子水清洗，过滤，并在95t:烘干18h，得到前驱粉料。 前驱粉料在95(TC煅烧10h后造粒，然后压制成直径为12. 6mm厚度为1-2mm的圆片状生坯。生坯在空气气氛下IIO(TC烧结20h，升温和降温速率分别是200°C /h和150°C /h。具体工艺流程如图l所示。 对样品的处理和评价方法 前驱粉料在95(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于共沉淀法制备钛酸铜钙陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤： （１）将０．２５－０．５ｍｏｌ／Ｌ的钛酸丁酯乙醇溶液２００－４００ｍｌ和ｐＨ值为１．１－１．５的草酸水溶液３００－５００ｍｌ混合，得到黄白色絮状沉淀；再在该溶液中加入草酸钠溶液２０００－３０００ｍｌ，其中，钛酸丁酯、草酸与草酸钠为等摩尔比；不断搅拌使沉淀溶解，得到澄清的草酸钛盐溶液记为溶液Ａ； （２）按质量百分比将下述组分：硝酸钙５－１２％、乙酸钙１２－１８％、硝酸铜１７－３５％和乙酸铜４２－６０％溶于２０００ｍｌ去离子水中，搅拌至完全溶解，制得钙铜混合溶液记为溶液Ｂ； （３）将上述溶液Ａ、Ｂ直接混合，搅拌至反应完全，获得淡蓝色沉淀，经三次以上去离子水洗涤并过滤后，干燥除去水分，得到前驱粉料； （４）将前驱粉料在９５０℃煅烧８－１２ｈ后粉碎造粒，然后压制成的圆片状生坯； （５）将生坯在空气气氛下１１００℃烧结１６－２０ｈ，得到钛酸铜钙陶瓷。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李盛涛，杨雁，李建英，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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