钙掺杂钛酸钡粉体、制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及电介质陶瓷粉体制备技术领域，具体涉及钙掺杂钛酸钡粉体、制备方法及其用途。

背景技术

多层陶瓷电容器(MLCC)是电子设备中使用最多也是最重要的电子元器件之一，被称为“产业之米”，其具有高电容、高可靠性和出色的高频特性，为了满足5G时代多层陶瓷电容器的高容、高温、高压、高频、高可靠性及小型化“五高一小”的发展需求，开发适合工业化生产及应用的高性能电介质陶瓷粉体成为当务之急。MLCC是由陶瓷介质和金属内电极叠成，端电极封装组成的片式多层电容器，通过选择具有更高介电常数、陶瓷介质填充粉体更小的介电材料以及增加介电层的数量，可以满足快速发展的电子设备的性能需求。因此，用于介电层和金属内部电极的陶瓷粉体的合成至关重要。

在MLCC中，常用的电介质陶瓷填充粉体是BaTiO

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种钙掺杂钛酸钡粉体、制备方法及其用途，通过改进钛酸钡粉体的制备工艺，在钛酸钡粉体中掺杂Ca元素，得到的钛酸钡基粉体具有良好的四方性，可应用于多层陶瓷电容器的电介质层。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种钙掺杂钛酸钡粉体的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)，常压水热法制备粉体I：将第一Ba源加入水中，搅拌溶解，再加入含有Ti源的水分散液，在一定温度下搅拌反应后干燥得到粉体I；

步骤(2)，固相法制备钙掺杂钛酸钡粉体：将粉体I中加入第二Ba源和Ca源后混合球磨，干燥过筛后研磨，最后进行煅烧得到钙掺杂钛酸钡粉体；

步骤(1)中，第一Ba源与第二Ba源含有的Ba的摩尔比为0.05～0.5，第一Ba源与第二Ba源含有的总Ba与Ti源中含有的Ti的摩尔比为：0.99-1.01，步骤(2)中，Ca源含有的Ca与第一Ba源和第二Ba源含有的总Ba的摩尔比为0.01～0.5。

在某些具体的实施方式中，步骤(1)中，第一Ba源与第二Ba源含有的Ba的摩尔比为0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5或它们之间的任意数值。

在某些具体的实施方式中，步骤(1)中，第一Ba源与第二Ba源含有的总Ba与Ti源中含有的Ti的摩尔比为0.99、1.00、1.01或它们之间的任意值。

在某些具体的实施方式中，步骤(2)中，Ca源含有的Ca与第一Ba源和第二Ba源含有的总Ba的摩尔比为0.01、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5或它们之间的任意数值。

进一步地，步骤(1)中，第一Ba源为水溶性Ba源，Ti源为具有锐钛矿相的TiO

在某些具体的实施方式中，第一Ba源为氢氧化钡、硝酸钡、氯化钡或其它任意水溶性Ba源，可以单独使用也可以任意混合使用。

进一步地，步骤(2)中，第二Ba源为BaCO

进一步地，步骤(1)中，加入含有Ti源的水分散液后搅拌反应温度为80℃-120℃，搅拌反应时间为30min-12h。

在某些具体的实施方式中，步骤(1)中，加入含有Ti源的水分散液后搅拌反应温度为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃或它们之间的任意温度。

在某些具体的实施方式中，步骤(1)中，搅拌反应时间为30min、1h、3h、5h、7h、10h、12h或它们之间的任意反应时间。

进一步地，步骤(2)中，煅烧温度为300℃-1300℃，煅烧时间为30min-4h，升温速率是2～15℃/min。

在某些具体的实施方式中，步骤(2)中，煅烧温度为300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃或它们之间的任意温度。

在某些具体的实施方式中，步骤(2)中，煅烧时间为30min、1h、2h、3h、4h或它们之间的任意反应时间。

在某些具体的实施方式中，步骤(2)中，升温速率为2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、7℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min或它们之间的任意升温速率。

进一步地，步骤(2)中，球磨介质为锆珠和去离子水，球磨时间为24h，本发明的技术方案中，球磨操作使得步骤(1)的水热产物与第二Ba源和Ca源混合均匀。

进一步地，步骤(2)中，过筛操作使用200目筛进行。

本发明第二方面提供上述制备方法获取的钙掺杂钛酸钡粉体。本发明的技术方案中，经过上述制备方法得到的钙掺杂钛酸钡粉体，Ca源中的Ca元素能够部分取代钛酸钡基的A位。

进一步地，所述钙掺杂钛酸钡粉体的化学结构式为Ba

在某些具体的实施方式中，所述钙掺杂钛酸钡粉体的化学结构式Ba

本发明第三方面提供上述钙掺杂钛酸钡粉体作为介电材料的用途，进一步地，钛酸钡粉体用于制备电子元器件的用途，所述电子元器件为多层陶瓷电容器。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本发明采用常压水热辅助固相合成的制备方法，首先在常压低水热温度下，使用可溶性的Ba源和以TiO

附图说明

图1是本发明实施例1合成的钙掺杂钛酸钡粉体的XRD图；

图2是本发明实施例1合成的钙掺杂钛酸钡粉体的SEM图；

图3是本发明实施例2合成的钙掺杂钛酸钡粉体的XRD图；

图4是本发明实施例2合成的钙掺杂钛酸钡粉体的SEM图。

具体实施方式

下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中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例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的技术方案在于设计一种钙掺杂钛酸钡粉体的制备方法，该方法以固相法为主，常压水热法为辅，对钛酸钡粉体掺杂Ca元素，可大大提高钛酸钡基材料的介电常数。

下述实施例中：

(1)所选原料为Ba(OH)

(2)控制原料Ba(OH)

(3)在常压水热法中，先将Ba(OH)

(4)待常压水热反应结束时，将水热产物转移至球磨罐中，干燥后加入一定比例的BaCO

(5)球磨结束后，对产物干燥后过筛并研磨处理，取适量粉体煅烧。

实施例1：

本实施例中，整个反应过程中的总Ba源与Ca源中的Ba/Ca的摩尔比为0.9/0.1，Ba(OH)

实施例2：

本实施例中，整个反应过程中的Ba源与Ca源中的Ba/Ca的摩尔比为0.8/0.2，Ba(OH)

对比例：

本对比例中，整个反应过程中的Ba源与Ca源中的Ba/Ca的摩尔比为1，Ba(OH)

上述实验结果中，对于实施例1，从图1的XRD图中可以看出，随着煅烧温度提高，44°-46°的范围内的峰劈裂程度增强，说明Ba

对于实施例2，从图3的XRD图中可以看出，随着煅烧温度提高，44°-46°的范围内的峰劈裂程度增强，说明Ba

表1 实施例和对比例在不同煅烧温度下的钛酸钡粉体的c/a值、介电常数。

从表1中看出，采用常压水热辅助固相法的工艺可制备出高四方性的钛酸钡基，在掺杂少量Ca元素时，较大程度地提高了钛酸钡基的四方性，Ba

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。