專利名稱：鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種厚膜的制備方法，特別涉及一種鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜的制備方法。
背景技術：
通過物理和化學的方法制備鈮鎂酸鉛基弛豫鐵電薄/厚膜材料，對于厚膜的制備來說，流延法和絲網印刷法被廣泛的采用來制備厚膜材料，目前制備鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜基本也是采用這兩種方法的居多，在這兩種方法制備中，都需要對初始厚膜進行燒結才能得到致密的厚膜和良好的電學性能。 文 獻"S.Gentil， D. Damjanovic， N. Setter. Development of RelaxorFerroelectricMaterials for Screen—printing on Alumina and Silicon Substrates.J. Europ. Ceram. Soc. 2005,25 :2125-2128"公開了一種絲網印刷的方法，在1300。C高溫下制備得到陶瓷樣品。但是由于高的燒結溫度并不適合鉛基材料在硅基底和賤金屬基底上燒結，所以添加了輔助燒結劑，故而陶瓷的性能也隨之惡化，其致密性較差。
發明內容
為了克服現有技術方法制備的鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜表面致密性差的不足，本發明提供一種鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜的制備方法，采用電泳沉積法制備鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜，可以提高Si3N4-Si02復相陶瓷的表面致密性。 本發明解決其技術問題所采用的技術方案一種鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜的制備方法，其特征在于包括下述步驟 (a)按照(l-x)Pb(Mg力Nlv3)03-xPbTi03配料，將六水硝酸鎂溶于去離子水中，然后加入五氧化二鈮粉體，超聲振蕩5 20min后攪拌20 50min得到均勻混合的懸浮液；
(b)在懸浮液中緩慢滴入氨水調節pH值到8 12，待氫氧化鎂沉淀吸附在五氧化二鈮顆粒上，繼續攪拌20 40min ; (c)再加入氧化鉛粉體，同時按化學計量比加入二氧化鈦，繼續攪拌50 80min后烘干； (d)在400 900。C煅燒1 4h，得到淡黃色(l_x) Pb (Mg1/3Nb2/3) 03_xPbTi03粉體；
(e)將得到的淡黃色(l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)03-xPbTi03粉體以丙酮為介質球磨18 24h后烘干，得到(1-x) Pb (Mg1/3Nb2/3) 03-xPbTi03粉體； (f)所得(l-X)Pb(Mg1/3Nb2/3)03-xPbTi03粉體，采用無水乙醇為溶劑，以鉑金片和鍍Au層的A1203為沉積電極，不銹鋼為對電極，電極間距10 30mrn，用稀硝酸和氨水調節pH值到4. 5 7. 5，電壓控制在50 150V進行電泳沉積； (g)電泳沉積厚膜自然干燥后，經甩膠法制備一層氧化鉛表面溶膠凝膠膜，或經冷
等靜壓處理后在高溫下富鉛氣氛燒結，得到鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜。 所述沉積電極經酸洗，電解，并在乙醇和丙酮中超聲清洗后使用。
本發明的有益效果是由于采用電泳沉積法制備鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜，提高了Si3N4_Si02復相陶瓷的表面致密性。
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
圖1是本發明制備方法中電泳沉積液pH值對鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜沉積質量的影響曲線。 圖2是本發明制備方法中不同沉積電壓下的沉積質量曲線。 圖3是本發明制備方法不同沉積電壓下的電流密度與時間的關系曲線。
具體實施例方式
實施例1 :六水硝酸鎂溶于去離子水中，在其水溶液中加入五氧化二鈮粉體，該混合物經過超聲振蕩10min后攪拌30min得到均勻混合的懸浮液；在懸浮液中緩慢滴入稀釋的氨水調節PH值到9，容液中氫氧化鎂沉淀吸附在五氧化二鈮顆粒上，繼續攪拌30min ;再向溶液中加入氧化鉛粉體，同時按化學計量比加入適量二氧化鈦，該懸浮液繼續攪拌60min后通過旋轉蒸發烘干；得到的淡黃色粉體以丙酮為介質球磨20h后烘干；得到的粉體在50(TC煅燒3h ;以半化學法一步的制備(l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)03-xPbTi03粉體為原料，采用無水乙醇為溶劑，以鉑金片和鍍Au層的A1203為沉積電極(陰極，10mmX20mmX0. 1mm)，不銹鋼為對電極(陽極，20mmX20mmX0. 5mm)，電極間距20mm ;用稀硝酸和氨水調節pH值為6 ;所測樣品是稀釋到質量分數0.010%后重新超聲分散后的半透明體，測試溫度25°C ;采用EPS601型穩壓電源進行電泳沉積，電壓控制在50V ;沉積電極經酸洗，電解，并在乙醇和丙酮中超聲清洗后使用；電泳沉積后厚膜經在空氣中自然干燥后，經甩膠法制備一層氧化鉛表面溶膠凝膠膜，得到鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜。 實施例2，六水硝酸鎂溶于去離子水中，在其水溶液中加入五氧化二鈮粉體，該混合物經過超聲振蕩5min后攪拌20min得到均勻混合的懸浮液；在懸浮液中緩慢滴入稀釋的氨水調節PH值到8，容液中氫氧化鎂沉淀吸附在五氧化二鈮顆粒上，繼續攪拌20min ;再向溶液中加入氧化鉛粉體，同時按化學計量比加入適量二氧化鈦，該懸浮液繼續攪拌50min后通過旋轉蒸發烘干；得到的淡黃色粉體以丙酮為介質球磨18h后烘干；得到的粉體在40(TC煅燒lh ;以半化學法一步的制備(l-x)Pb(Mg力Nb力)03-xPbTi03粉體為原料，采用無水乙醇為溶劑，以鉑金片和鍍Au層的A1203為沉積電極(陰極，10mmX20mmX0. 1mm)，不銹鋼為對電極(陽極，20mmX20mmX0. 5mm)，電極間距20mm ;用稀硝酸和氨水調節pH值為5 ;所測樣品是稀釋到質量分數0.010%后重新超聲分散后的半透明體，測試溫度25°C ;采用EPS601型穩壓電源進行電泳沉積，電壓控制在75V ;沉積電極經酸洗，電解，并在乙醇和丙酮中超聲清洗后使用；電泳沉積后厚膜經在空氣中自然干燥后，經冷等靜壓處理后在高溫下富鉛氣氛燒結，得到鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜。 實施例3，六水硝酸鎂溶于去離子水中，在其水溶液中加入五氧化二鈮粉體，該混合物經過超聲振蕩20min后攪拌50min得到均勻混合的懸浮液；在懸浮液中緩慢滴入稀釋的氨水調節PH值到12，容液中氫氧化鎂沉淀吸附在五氧化二鈮顆粒上，繼續攪拌40min ;再向溶液中加入氧化鉛粉體，同時按化學計量比加入適量二氧化鈦，該懸浮液繼續攪拌
480min后通過旋轉蒸發烘干；得到的淡黃色粉體以丙酮為介質球磨24h后烘干；得到的粉體在90(TC煅燒lh ;以半化學法一步的制備(l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)03-xPbTi03粉體為原料，采用無水乙醇為溶劑，以鉑金片和鍍Au層的A1203為沉積電極(陰極，10mmX20mmX0. lmm)，不銹鋼為對電極(陽極，20mmX 20mmXO. 5mm)，電極間距20mm ;用稀硝酸和氨水調節pH值為4. 5 ;所測樣品是稀釋到質量分數0. 010%后重新超聲分散后的半透明體，測試溫度25°C ;采用EPS601型穩壓電源進行電泳沉積，電壓控制在100V ;沉積電極經酸洗，電解，并在乙醇和丙酮中超聲清洗后使用；電泳沉積后厚膜經在空氣中自然干燥后，經甩膠法制備一層氧化鉛表面溶膠凝膠膜，得到鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜。 實施例4，六水硝酸鎂溶于去離子水中，在其水溶液中加入五氧化二鈮粉體，該混合物經過超聲振蕩15min后攪拌40min得到均勻混合的懸浮液；在懸浮液中緩慢滴入稀釋的氨水調節PH值到10，容液中氫氧化鎂沉淀吸附在五氧化二鈮顆粒上，繼續攪拌25min ;再向溶液中加入氧化鉛粉體，同時按化學計量比加入適量二氧化鈦，該懸浮液繼續攪拌70min后通過旋轉蒸發烘干；得到的淡黃色粉體以丙酮為介質球磨22h后烘干；得到的粉體在80(TC煅燒2h ;以半化學法一步的制備(l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)03-xPbTi03粉體為原料，采用無水乙醇為溶劑，以鉑金片和鍍Au層的A1203為沉積電極(陰極，10mmX20mmX0. lmm)，不銹鋼為對電極(陽極，20mmX20mmX0. 5mm)，電極間距20mm ;用稀硝酸和氨水調節pH值為7. 5 ;所測樣品是稀釋到質量分數0. 010%后重新超聲分散后的半透明體，測試溫度25°C ;采用EPS601型穩壓電源進行電泳沉積，電壓控制在125V ;沉積電極經酸洗，電解，并在乙醇和丙酮中超聲清洗后使用；電泳沉積后厚膜經在空氣中自然干燥后，經冷等靜壓處理后在高溫下富鉛氣氛燒結，得到鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜。 實施例5，六水硝酸鎂溶于去離子水中，在其水溶液中加入五氧化二鈮粉體，該混合物經過超聲振蕩18min后攪拌25min得到均勻混合的懸浮液；在懸浮液中緩慢滴入稀釋的氨水調節pH值到11，容液中氫氧化鎂沉淀吸附在五氧化二鈮顆粒上，繼續攪拌35min ;
再向溶液中加入氧化鉛粉體，同時按化學計量比加入適量二氧化鈦，該懸浮液繼續攪拌65min后通過旋轉蒸發烘干；得到的淡黃色粉體以丙酮為介質球磨21h后烘干；得到的粉體在60(TC煅燒4h;以半化學法一步的制備(l-x)Pb(Mg力Nbw)03-xPbTi03粉體為原料，采用無水乙醇為溶劑，以鉑金片和鍍Au層的A1203為沉積電極(陰極，10mmX20mmX0. lmm)，不銹鋼為對電極(陽極，20mmX20mmX0. 5mm)，電極間距20mm ;用稀硝酸和氨水調節pH值為6. 5 ;所測樣品是稀釋到質量分數0. 010%后重新超聲分散后的半透明體，測試溫度25°C ;采用EPS601型穩壓電源進行電泳沉積，電壓控制在150V ;沉積電極經酸洗，電解，并在乙醇和丙酮中超聲清洗后使用；電泳沉積后厚膜經在空氣中自然干燥后，經甩膠法制備一層氧化鉛表面溶膠凝膠膜，得到鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛厚膜。 從圖1中可以看出隨著電泳沉積液pH值升高，單位面積的電泳沉積質量迅速增加，在pH = 6. 0時達到最高。在沉積電壓為IOOV，懸浮液濃度為20g/L時，該pH區間的沉積速率大約為11mg/(cm2 min)。當pH值繼續增加時，沉積量開始下降。當pH大于8時，很難形成均勻的沉積膜；而pH值小于4時，陰極開始出現氣泡，使沉積層的密度和粘附性大大降低，造成沉積表面粗糙沉積質量下降。 從圖2可以看出，在相同初始濃度下，沉積電壓越大所得到的沉積質量越高；但是沉積質量也會在高的沉積電壓下惡化，其曲線為非線性關系。這說明沉積質量還會降低，這是因為沉積顆粒在高的電場下會有顆粒間的相互作用，這會造成表面沉積質量的惡化以及多孔厚膜的形成。 從圖3中可以看出，電壓越大其電流密度越高，電極間的電場強度更大，對荷電顆粒的驅動性越強，這樣相應的沉積質量也就越大。但是當沉積電壓達到125V和150V時，所對應的電流密度的增加量很小，說明體系內電壓的增加對電泳沉積的效率達到一個飽和值，再增加沉積電壓對厚膜的沉積質量增加無益并且會破壞沉積厚膜的表面形貌和厚膜的均一性。 總之，本發明提出了一種具有設備簡單、成本低、膜厚易于控制、可在復雜形狀及多孔基底上制備均勻涂層、溶劑循環利用、無三廢排放、適宜于大規模生產的電泳沉積法制備厚膜技術，而且克服了高溫燒結過程中鉛揮發對性能的產生不良影響的難題。因此本發明含鉛鉛壓電陶瓷適合工業化推廣和大規模生產。
權利要求
一種鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜的制備方法，其特征在于包括下述步驟(a)按照(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3配料，將六水硝酸鎂溶于去離子水中，然后加入五氧化二鈮粉體，超聲振蕩5～20min后攪拌20～50min得到均勻混合的懸浮液；(b)在懸浮液中緩慢滴入氨水調節pH值到8～12，待氫氧化鎂沉淀吸附在五氧化二鈮顆粒上，繼續攪拌20～40min；(c)再加入氧化鉛粉體，同時按化學計量比加入二氧化鈦，繼續攪拌50～80min后烘干；(d)在400～900℃煅燒1～4h，得到淡黃色(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3粉體；(e)將得到的淡黃色(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3粉體以丙酮為介質球磨18～24h后烘干，得到(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3粉體；(f)所得(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3粉體，采用無水乙醇為溶劑，以鉑金片和鍍Au層的Al2O3為沉積電極，不銹鋼為對電極，電極間距10～30mm，用稀硝酸和氨水調節pH值到4.5～7.5，電壓控制在50～150V進行電泳沉積；(g)電泳沉積厚膜自然干燥后，經甩膠法制備一層氧化鉛表面溶膠凝膠膜，或經冷等靜壓處理后在高溫下富鉛氣氛燒結，得到鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述沉積電極經酸洗，電解，并在乙醇和 丙酮中超聲清洗后使用。
全文摘要
本發明公開了一種鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜的制備方法，用于解決現有技術制備方法制備的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜表面致密性差的技術問題，其技術方案是按照(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3配料，制備出(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3粉體，所得粉體經電泳沉積厚膜后自然干燥，經甩膠法制備一層氧化鉛表面溶膠凝膠膜，或經冷等靜壓處理后在高溫下富鉛氣氛燒結，得到鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜。由于采用電泳沉積法制備鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛厚膜，提高了Si3N4-SiO2復相陶瓷的表面致密性。
文檔編號C25D13/22GK101787553SQ201010117930
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月4日 優先權日2010年3月4日
發明者樊慧慶, 陳晉 申請人:西北工業大學