Способ изготовления полупроводниковой керамики на основе титаната бария

 

Изобретение относится к керамической полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления полупроводниковой керамики на основе титаната бария, а также полупроводниковой керамики с позисторным эффектом. Способ реализуется тем, что спекание образцов производят в вакууме в закрытом графитовом тигле путем нагрева графитового тигля с образцом электронным лучом. Спецификой синтеза является быстрый нагрев тигля до температур предварительного обжига, спекания и одновременного восстановления керамического образца, а также непродолжительность термообработки. Для получения полупроводниковой керамики на основе титаната бария с позисторным эффектом полупроводниковую керамику, полученную вышеуказанным способом, дополнительно подвергают термообработке в воздушной атмосфере. Способ позволяет значительно сократить длительность процесса получения полупроводниковой керамики, исключить двукратный помол и обжиг, а также влиять на электрические свойства получаемой полупроводниковой керамики путем измерения температуры и времени обжига. 1 з.п., ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к керамической полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления полупроводниковой керамики на основе титаната бария, а также полупроводниковой керамики с позисторным эффектом.

Известен способ получения полупроводниковой керамики на основе титаната бария, включающий смешение исходных компонентов, помол, формование, синтез шихты, помол спека, формование изделий и обжиг /1/.

Недостатками известного способа являются длительный цикл процесса получения керамики, двукратный помол, двукратный высокотемпературный обжиг изделий.

Наиболее близким к предполагаемому способу является способ получения полупроводниковой керамики на основе титаната бария, включающий смешение исходных компонентов, помол, формование, утильный обжиг, спекание керамики на воздухе, восстановление изделий путем обжига в восстановительной атмосфере (в вакууме) /2, 3/.

Недостатками данного способа получения полупроводниковой керамики являются длительный цикл процесса получения, включающий двукратный обжиг на воздухе и длительный обжиг в вакууме (от 0,5 до 24 часов), а также невозможность получения данным способом полупроводниковой керамики, обладающей позисторным эффектом.

Задачей данного технического решения является уменьшение длительности процесса получения полупроводниковой керамики, устранение необходимости многократного обжига, кроме того, второй задачей является получение полупроводниковой керамики на основе титаната бария, обладающей позисторным эффектом.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения полупроводниковой керамики на основе титаната бария, включающем смешение исходных компонентов, помол, формование, в соответствии с данным изобретением, спекание и одновременное восстановление образцов производят в вакууме. Для этого исходные порошковые компоненты в виде сформованных образцов помещаются в закрытый графитовый тигель. Спекание и одновременное восстановление керамики титаната бария осуществляется в вакууме путем нагрева графитового тигля с образцом электронным лучом. Спецификой синтеза является быстрый (менее 1 минуты) нагрев тигля до температуры 900-1100^oC для предварительного обжига, предварительный обжиг образца в течение 3-6 минут при данной температуре, затем быстрый нагрев до температуры 1300-1700^oC для спекания и одновременного восстановления керамического образца при данной температуре (не менее 1 минуты).

Для получения полупроводниковой керамики на основе титаната бария с позисторным эффектом полупроводниковую керамику, полученную вышеуказанным способом, помещают в печь и подвергают обжигу при температуре 600-1000^oC в воздушной атмосфере. Предложенный способ позволяет путем изменения температуры и времени спекания в вышеуказанном способе, а также путем изменения температуры и времени обжига на воздухе изменять величину ПТКС получаемой позисторной керамики.

Для пояснения электрофизических характеристик образцов, полученных данным способом, на фигурах 1 и 2 представлены графики температурных зависимостей проводимости и удельного сопротивления полупроводниковой и позисторной керамики, полученной в соответствии с данным изобретением.

Предлагаемый способ позволяет значительно сократить длительность процесса получения полупроводниковой керамики, исключить двукратный помол и обжиг, а также влиять на электрофизические свойства получаемой полупроводниковой керамики путем изменения температуры и времени обжига. Реализуемость предложенного способа подтверждается примерами.

Пример 1.

Полупроводниковую керамику состава Ba_0,995 Mn_0,005 TiO₃ получают следующим образом. Осуществляют помол исходной смеси из промышленно выпускаемых компонентов BaCO₃, TiO₂ марки "осч" и MnCO₃ марки "чда", взятых в соответствующих массовых соотношениях в этиловом спирте в течение 3-х часов. Образцы прессуют при давлении 200 МПа. Сформованные образцы помещают в закрытый графитовый тигель и обжигают электронно-лучевым нагревом тигля в рабочем объеме вакуумного универсального поста (ВУП-5) при остаточном давлении газов ~ 3 · 10^-5 Па предварительно при температуре 1000^oC в течение 5 минут, затем при температуре 1500^oC в течение 1,3 и 5 минут. Температурные зависимости удельной электропроводности данных образцов представлены на фигуре 1.

Пример 2.

Полупроводниковую керамику состава Ba_0,995 Mn_0,005 TiO₃ получают по примеру 1. Время обжига образцов в вакууме при температуре 1500^oC составляло 1, 5 и 10 минут. Полученную полупроводниковую керамику затем обжигают в воздушной атмосфере в печи (СНОЛ-1,6) при температуре 900^oC в течение 1 часа. На фигуре 2 представлены температурные зависимости удельного сопротивления полученной позисторной керамики.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о новизне, изобретательском уровне и промышленной применимости данного способа с указанными выше преимуществами по отношению к известным аналогам, позволяющими значительно сократить длительность процесса получения полупроводниковой керамики и полупроводниковой керамики с позисторным эффектом, исключить многократный высокотемпературный обжиг, изменять в широких пределах электрофизические свойства получаемой полупроводниковой керамики постоянного состава.

Использованные источники информации 1. Патент РФ N 2008296, М. кл. 5 С 04 В 35/46, 35/00, 1994.

2. Чебкасов А.В. Некоторые физические свойства поликристаллического титаната бария, подвергнутого вакуумному отжигу // Изв. АН СССР. Сер. физ. -1960. -T.XXIV, N10. -С. 1261-1263.

3. Чебкасов А.В. Электрические и термоэлектрические свойства поликристаллического титаната бария с различной степенью восстановления // Изв. АН СССР. Сер. физ.-1965 -Т.XXIX, N6. -С.1001-1004.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полупроводниковой керамики на основе титаната бария, включающий смешение и помол исходных компонентов, формование образцов и спекание в вакууме, отличающийся тем, что спекание проводят в закрытом графитовом тигле путем электронно-лучевого нагрева.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения позисторной керамики дополнительно осуществляют термообработку в воздушной атмосфере.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2