專利名稱：鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，特別是一種鈦酸鍶鋇的合成及磁控濺射用鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，屬于材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦酸鍶鋇(BST)具有比純BaTiO3更高的介電常數(shù)，是研制高性能敏感元件、陶瓷電容器及多功能半導(dǎo)體陶瓷的重要原料之一。在微電子學(xué)、集成光學(xué)和光電子學(xué)等高技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景，已引起各國科學(xué)家的極大關(guān)注。BST鐵電薄膜和塊體材料在非致冷紅外焦平面陣列中的應(yīng)用已經(jīng)得到比較廣泛而深入的研究。制備BST鐵電薄膜的方法有很多如濺射法、溶膠-凝膠(Sol-gel)法、金屬有機(jī)物分解(MOD)法和激光脈沖法等等，其中磁控濺射法是較為成熟的方法之一，靶源多為金屬靶、陶瓷靶或陶瓷粉末靶，但是磁控濺射用BST鐵電陶瓷靶的制備很少見報(bào)道。制造BST材料的常規(guī)方法是使用化工原料，經(jīng)過篩、球磨、預(yù)燒、再過篩、球磨、造粒、成型、燒結(jié)而成。由于固相反應(yīng)法使用的原料不夠均勻，各固態(tài)原料，特別是微量摻雜成分很難通過球磨而均勻混合，從而出現(xiàn)粉料組成不均勻。而且長時(shí)間的球磨會對物料產(chǎn)生嚴(yán)重污染，制出粉體的粒度一般大于1微米，化學(xué)活性較差。固相反應(yīng)是非均相反應(yīng)，大顆粒、低活性的粉體在預(yù)燒階段反應(yīng)難以充分進(jìn)行，且預(yù)燒和燒結(jié)溫度較高，不利于節(jié)能。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，齊兵等人在《無機(jī)材料學(xué)報(bào)》，1998，13(3)389-395上撰文“水基溶膠-凝膠法制備Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜及其介電性能研究”，該文介紹了BST薄膜的溶膠—凝膠法研究一般有兩種一種以醇鹽原料，另一種為水基溶膠法。鍶、鋇的醇鹽對水蒸汽和二氧化碳都比較敏感，制備工藝相當(dāng)繁瑣。以乙酸為溶劑、乙酸鹽為原料的水基溶膠—凝膠法有制備服的報(bào)道，但由于用乙酸為溶劑，旋轉(zhuǎn)涂膜法成膜時(shí)，易析出乙酸鹽顆粒，成膜的穩(wěn)定性欠佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，采用四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇為原料，使其制備出了性能較好的BST薄膜，具有高純、超細(xì)、高均勻性、高活性的特性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，方法步驟如下(1)首先將四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇分別配制成質(zhì)量濃度分別為200-220g/L、180-190g/L和180-190g/L的水溶液；(2)然后將上述水溶液按照一定比例加入草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，控制PH值得到白色草酸氧鈦酸鍶鋇沉淀；(3)將沉淀洗滌、過濾、烘干后進(jìn)行熱分解即得鈦酸鍶鋇復(fù)合粉Ba1-xSrxTiO3粉粉末；(4)將得到的鈦酸鍶鋇粉末經(jīng)預(yù)處理后按化學(xué)計(jì)量比配料，經(jīng)球磨機(jī)球磨粉碎后，放于硅碳棒爐中預(yù)燒；(5)將預(yù)燒好的粉末經(jīng)球磨機(jī)再粉碎后，由液壓機(jī)壓成塊材，并進(jìn)行等靜壓(CIP)成型；(6)最后放于硅碳棒爐中最終燒結(jié)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷靶。
上述步驟(2)中四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇水溶液按10-30％的比例加入60-80℃草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，PH值控制在4-6之間。步驟(3)中鈦酸鍶鋇復(fù)合粉Ba1-xSrxTiO3粉體的SrO∶BaO的摩爾比為0.3∶0.7～0.4∶0.6。步驟(5).中進(jìn)行等靜壓(CIP)成型，選用乳膠作包套材料，等靜壓傳壓介質(zhì)為乳化液，成型壓力為150-250MPa，所得坯體的密度為50-60％。上述步驟(6)中最終燒結(jié)，燒結(jié)溫度1200-1400℃，升溫速度為10-30℃/min，保溫時(shí)間為3-5h。
最終燒結(jié)的燒結(jié)溫度對靶的質(zhì)量是至關(guān)重要的。燒結(jié)過程中氣孔的排除和致密度的提高主要是靠離子擴(kuò)散來進(jìn)行。離子擴(kuò)散的速度與溫度成指數(shù)關(guān)系。顯然，提高燒結(jié)溫度無疑是最有效的促進(jìn)燒結(jié)的方法。但是，溫度過高，超過燒結(jié)范圍的上限，則由于出現(xiàn)過多液相，可能發(fā)生粘連，或由于揮發(fā)使密度下降，性能惡化。當(dāng)然，保溫時(shí)間、升溫速度等對靶的質(zhì)量也有影響。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明制備合成的鈦酸鍶鋇粉體，具有高純、超細(xì)、高均勻性和高活性，在1200-1400℃燒結(jié)的BST鐵電陶瓷靶基本符合化學(xué)計(jì)量比且其均勻性和致密度也較好完全滿足射頻磁控濺射的要求，因此，本發(fā)明的鈦酸鍶鋇陶瓷靶是一種很有應(yīng)用前景的新型靶材。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下實(shí)施例
實(shí)施例1所用原料為四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇和草酸，首先將了TiCl4、SrCl2·2H2O和BaCl2·2H2O分別配制成質(zhì)量濃度分別為200g/L、180g/L和190g/L的水溶液，然后按10％的比例加入到60℃的草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，控制PH值為5，得到白色草酸氧鈦酸鍶鋇沉淀物，將沉淀物洗滌、過濾、烘干后進(jìn)行熱分解即得Ba1-xSrxTiO3粉體，其SrO∶BaO的摩爾比分別為0.5∶0.5。
實(shí)施例2所用原料為四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇和草酸，首先將了TiCl4、SrCl2·2H2O和BaCl2·2H2O分別配制成質(zhì)量濃度分別為210g/L、180g/L和195g/L的水溶液，然后按20％的比例加入到60℃的草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，控制PH值為6，得到白色草酸氧鈦酸鍶鋇沉淀物，將沉淀物洗滌、過濾、烘干后進(jìn)行熱分解即得Ba1-xSrxTiO3粉體，其SrO∶BaO的摩爾比分別為0.3∶0.7。將得到的鈦酸鍶鋇復(fù)合粉末預(yù)處理后按化學(xué)計(jì)量比配料，經(jīng)球磨機(jī)粉碎后，放于硅碳棒爐中預(yù)燒。將預(yù)燒好的粉末經(jīng)球磨機(jī)再粉碎后，由液壓機(jī)壓成直徑為5.2cm，厚度約為3cm的圓餅型塊材，并進(jìn)行等靜壓(CIP)成型，選用乳膠作包套材料，CIP傳壓介質(zhì)為乳化液，成型壓力為200MPa，所得坯體的密度為60％。最后放于硅碳棒爐中最終燒結(jié)，燒結(jié)溫度1340℃，升溫速度為20℃/min，保溫時(shí)間為3h。
實(shí)施例3所用原料為四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇和草酸，首先將了TiCl4、SrCl2·2H2O和BaCl2·2H2O分別配制成質(zhì)量濃度分別為210g/L、190g/L和180g/L的水溶液，然后按30％的比例加入到80℃的草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，控制PH值為6，得到白色草酸氧鈦酸鍶鋇沉淀物，將沉淀物洗滌、過濾、烘干后進(jìn)行熱分解即得Ba1-xSrxTiO3粉體，其SrO∶BaO的摩爾比分別為0.4∶0.6。在鈦酸鍶鋇粉體的X射線衍射譜中，BST鐵電陶瓷靶呈現(xiàn)(Ba1-xSrx)TiO3結(jié)構(gòu)的四方晶相，這是由于燒結(jié)溫度不是很高，SrO雖具有一定程度的遷移性，但是揮發(fā)得較少，而SrO也沒來得及與BaO和TiO2兩種氧化物反應(yīng)，此類靶的表面光滑氣孔少，完全滿足實(shí)驗(yàn)的要求。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，其特征在于，方法步驟如下(1)首先將四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇分別配制成質(zhì)量濃度分別為200-220g/L、180-190g/L和180-190g/L的水溶液；(2)然后將上述水溶液按照10-30％加入草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，控制PH值得到白色草酸氧鈦酸鍶鋇沉淀；(3)將沉淀洗滌、過濾、烘干后進(jìn)行熱分解即得鈦酸鍶鋇復(fù)合粉Ba1-xSrxTiO3粉粉末；(4)將得到的鈦酸鍶鋇粉末經(jīng)預(yù)處理后按化學(xué)計(jì)量比配料，經(jīng)球磨機(jī)球磨粉碎后，放于硅碳棒爐中預(yù)燒；(5)將預(yù)燒好的粉末經(jīng)球磨機(jī)再粉碎后，由液壓機(jī)壓成塊材，并進(jìn)行等靜壓成型；(6)最后放于硅碳棒爐中最終燒結(jié)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷靶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，其特征是，步驟(2)中四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇水溶液按10-30％的比例加入60-80℃草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，PH值控制在4-6之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，其特征是，步驟(3)中鈦酸鍶鋇復(fù)合粉粉末的SrO∶BaO的摩爾比為0.3∶0.7～0.4∶0.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，其特征是，步驟(5)中進(jìn)行等靜壓成型，選用乳膠作包套材料，等靜壓傳壓介質(zhì)為乳化液，成型壓力為150-250MPa，所得坯體的密度為50-60％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法，其特征是上述步驟(6)中最終燒結(jié)，燒結(jié)溫度1200-1400℃，升溫速度為10-30℃/min，保溫時(shí)間為3-5h。
全文摘要
一種鈦酸鍶鋇陶瓷靶的制備方法屬于材料領(lǐng)域。方法如下先將四氯化鈦、氯化鍶、氯化鋇分別配制成水溶液；將上述水溶液加入草酸水溶液中進(jìn)行合成反應(yīng)，控制pH值得到白色草酸氧鈦酸鍶鋇沉淀；將沉淀洗滌、過濾、烘干后進(jìn)行熱分解即得鈦酸鍶鋇復(fù)合粉粉末；將得到的鈦酸鍶鋇粉末經(jīng)預(yù)處理后按化學(xué)計(jì)量比配料，經(jīng)球磨機(jī)球磨粉碎后，放于硅碳棒爐中預(yù)燒；將預(yù)燒好的粉末經(jīng)球磨機(jī)再粉碎后，由液壓機(jī)壓成塊材，并進(jìn)行等靜壓成型；放于硅碳棒爐中最終燒結(jié)，得到鈦酸鍶鋇陶瓷靶。本發(fā)明制備合成的鈦酸鍶鋇粉體，具有高純、超細(xì)、高均勻性和高活性，較好完全滿足射頻磁控濺射的要求，因此，本發(fā)明的鈦酸鍶鋇陶瓷靶是一種很有應(yīng)用前景的新型靶材。
文檔編號C04B35/622GK1448368SQ0311680
公開日2003年10月15日 申請日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者張汝冰, 楊春生, 馮潔 申請人:上海交通大學(xué)