[發明專利]一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法

無效

• 申請號: 201110076579.6
• 申請日: 2011-03-28
• 公開（公告）號: CN102115161A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 劉浩;王周福;張少偉
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明屬于堿土金屬鈦酸鹽粉體技術領域。具體涉及一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法。

背景技術

堿土金屬鈦酸鹽產品憑借優異的物理、光學和化學等性能，在電子陶瓷領域占據重要位置。電子陶瓷材料的優良性能要通過其特殊的化學組成和微觀結構來實現，粉體制備是第一步，其品質直接影響陶瓷材料的組成、結構與性能。隨著微電子技術的發展，電子元器件的小型、輕量和薄型化成為趨勢，對鈦酸鹽納米粉體提出了越來越高的要求。如顆粒細、純度高、尺寸分布均勻、無團聚等。因此，高純、超細、化學均勻和成分可控及燒結活性大的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體制備技術一直是國內外學者研究的重點和熱點。

迄今為止，人們提出了許多制備堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的方法，但這些方法都不同程度地存在著一些不足。傳統的制備方法是固相反應法，即將原料混合、研磨后進行高溫煅燒，使其發生固相反應，然后再磨細得到一定顆粒尺度的粉體。固相反應法所用設備簡單、操作方便、易于實現工業化生產，但在研磨過程中易引入雜質、造成材料純度下降，而且得到的粉體顆粒尺寸分布范圍寬、難以控制產品的均勻性，另外，粉體的結晶性和燒結性等方面也存在一定的不足。

針對固相法存在的缺點，人們發展了一系列濕化學制備方法。如沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法等，所制備的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體具有純度高、活性大等特點，采用這些粉體作為原料有可能使陶瓷材料具有優異的性能。但是，這些合成方法也存在一些問題。沉淀法是利用適當的沉淀劑使混合的金屬鹽溶液反應生成組成均勻的沉淀，熱分解得到高純粉體材料。該法反應條件溫和、前驅體煅燒溫度低，但在制備過程中操作條件的微小變化和體系局部pH值得改變，往往對產物的理化性能產生較大影響，并易引入雜質，因此，其反應過程要求非常嚴格。溶膠-凝膠法一般采用堿土金屬醇鹽作為原料，按反應化學計量比溶解在醇中，或用堿土金屬無機鹽與含鈦醇鹽為原料，在一定條件下形成溶膠，陳化、烘干的凝膠前驅體經過熱處理就得到了堿土金屬鈦酸鹽粉體。該法制得的粉體具有純度高、分散性好、粒度小等優點。但醇鹽成本很高，容易吸潮水解，并且存在熱處理易導致粉體團聚、工藝條件不易控制等缺點。水熱法則需借助高壓釜，在一定溫度和壓力下合成粉體。該法的最大優點是，能夠在較低的溫度下，直接從溶液中獲得晶粒發育完整的粉末，粉體的純度高、化學成分均勻、粒徑小、粒子尺寸分布好。但是，水熱法有時需要采用與溶膠-凝膠法相同的價格較高的前驅體，在制備過程中需要較高的壓力，設備要求嚴格，并且需要非常精確地控制反應體系的pH值，否則容易出現其他雜相。最近發展起來的微波加熱法、超聲分散法、溶劑熱法、噴熱分解法等，仍處于實驗室探索階段。

綜上所述，目前針對堿土金屬鈦酸鹽納米粉體所采用的制備方法，存在前驅體價格昂貴、合成工藝復雜、合成過程不易控制、易引入雜相等缺陷。

發明內容

本發明旨在克服現有技術存在的不足，目的是提供一種成本低、合成工藝簡單、合成過程易于控制的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：先將7～30wt％的二氧化鈦、50～70wt％的硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)和10～30wt％的堿土金屬氫氧化物混合均勻，以5～15℃/分的升溫速率加熱至1000～1200℃，保溫1～3小時，得到均勻熔體；再將均勻熔體采用對輥冷卻法冷卻，獲得非晶態玻璃鱗片，或再將均勻熔體進行水淬，獲得非晶態玻璃顆粒；然后將非晶態玻璃鱗片或非晶態玻璃顆粒在630～680℃條件下保溫1～5小時，先后用10％的稀醋酸和去離子水進行洗滌，干燥，即得堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。

在上述技術方案中：洗滌過程所產生的廢水經蒸餾后，所得粉末按化學計量作為原料再次使用；堿土金屬氫氧化物為氫氧化鈣、或為氫氧化鎂、或為氫氧化鋇；

由于采用上述技術方案，本發明所提供的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法，具有以下突出特點：

1、制備工藝簡單，不需要昂貴的設備；

2、原料易得；

3、制備過程易于控制，晶型、晶粒形貌和粒徑等參數可以通過改變熱處理制度進行調節；

4、粉體產物純度高，粒度分布均勻，制得的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的顆粒直徑為40～80nm；

5、有利于環境保護，粉體洗滌過程中產生的廢水可循環用于粉體制備。

因此。本發明具有成本低、合成工藝簡單、合成過程易于控制的特點，所制備的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體純度高，粒度分布均勻。

具體實施方式