[發明專利]一種制備鈦酸鹽壓電陶瓷粉體的環境協調型方法

無效

• 申請號: 201210436280.1
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102898147A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 廖運文;姜寧
• 申請（專利權）人: 西華師范大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/624;C04B35/462;H01L41/187
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明涉及一種鈦酸鹽壓電陶瓷粉體的制備技術，尤其涉及一種水基溶膠-凝膠法制備鈦酸鹽化合物無團聚納米粉體的技術。屬于功能材料及采用綠色化環境協調型技術生產納米粉體的領域。

背景技術

從鈦酸鹽壓電陶瓷材料發現到至今，工業生產一直采用傳統的固相合成法，但是其工藝有難以克服的弊端：組份難以均一，球磨亦引入雜質且設備損壞率較高，粗糙的微米級顆粒，850℃~900℃的粉體預燒溫度，1100℃~1300℃高溫陶瓷燒結，并且都需要2~5小時的長時間保溫，對設備的硬性指標要求較高，耗能耗時，同時高溫燒結導致金屬離子的嚴重揮發引起的計量不準確等都嚴重制約著成品壓電陶瓷的質量和性能，雖然研究者對各類體系的壓電陶瓷都進行改性和復合，但是生產技術層次的落后決定著產品指標遠遠達不到設計要求，所以尋求一種能夠克服傳統工藝的種種弊端的新制備技術，成為該領域研究的一個熱點和難點。

溶膠-凝膠法制備壓電陶瓷技術就是熱點之一，其作為一種研究較早的技術，具備：工藝簡單，計量準確，組份均一，低溫燒結（1050℃~1140℃，2~3小時），可制備出納米粉體，產品性能良好等優點，使其成為研究的一大熱點，極具潛力實用化，實現全球壓電陶瓷生產技術的工業化轉型。但是幾十年來，傳統的溶膠-凝膠法一直局限于實驗階段，徘徊不前，未能有所突破，難以工業化，究其原因在于：①傳統的溶膠-凝膠法多為醇基溶膠-凝膠法，其采用了大量的有機溶劑（如：乙醇、乙二醇、乙二醇甲醚、丙三醇等）和昂貴的有機原料（主要為羧酸鹽），無法真正意義上實現低成本，綠色化，環境協調性；②溶膠除溶劑過程造成嚴重的環境污染，配制的溶膠不穩定造成可操作性差，難以實用，只能局限于實驗研究，卻不能大規模的工業化，導致至今的壓電陶瓷的生產依舊采用傳統的固相合成法。因此探索一條以綠色溶劑和綠色原料為主的溶膠-凝膠工藝路線具有重要的研究意義和應用價值，尤其是采用綠色資源水代替有機類的溶劑，對全球壓電陶瓷生產技術的環境協調化轉型具有革命性的意義。多年來，國際上只有極少的文獻和專利報道了綠色化的溶膠-凝膠法的相關工藝，綠色化主要是將有機溶劑改為單一的純水為溶劑，有機原料改為氧化物和無機鹽，但是僅有的少數報道中，其工藝都含有相當量的有機溶劑，水只是充當了一種介質而已，不能完全意義上的實現綠色化。

綠色化的水基溶膠-凝膠工藝，主要指：除螯合劑和特殊原料外，不引入任何的有機溶劑，從而在單一的水性條件下制備出穩定的溶膠，溶膠在除溶劑的過程中能保持穩定的狀態，具有易操作、易工業化等特點。但因水為一種極性較強的物質，大多數有機螯合劑并不溶于水，或者難以在強極性的溶劑中有效完成對金屬離子的絡合，亦或者螯合劑昂貴不實用；而已發現的檸檬酸鹽法雖然可以在水性條件下有效的絡合金屬離子，可是其工藝制備出的粉體，較粗糙、易結塊等，效果與醇基的溶膠-凝膠法相差甚遠，因此縱使其有研究價值，卻不具備實用價值。另外，鈦酸鹽化合物的鈦源，主要為二氧化鈦、硫酸氧鈦、氯化鈦、鈦酸四丁酯等，雖然價格居于均衡，但是它們要么不溶于水，要么遇水即快速水解，生成氫氧化鈦，進而水解為二氧化鈦，難以制備溶膠。因此突破水基溶膠-凝膠工藝的關鍵在于尋找一種特殊的螯合劑，其需同時具備：親水性、親鈦源、能定向抑制鈦源水解、有效完成對多種金屬離子的絡合、廉價實用、環境協調型、易操作、產品質量高等特點，這對水基螯合劑的選擇是一道難以逾越的屏障，縱觀國際上諸多的研究成果，數十年來并未對水基溶膠-凝膠工藝獲得任何突破性的進展。

因此發現一種新型的水基螯合劑，探索出一條全新的水基溶膠-凝膠法制備技術路線，能完全克服固相合成法帶來的致命缺陷，又能克服傳統的溶膠-凝膠法的引起多種弊端，并且能夠實現完全意義上的綠色化的水基溶膠-凝膠工藝，就成為國際上研究的極難點。

發明內容

本發明的目的：克服傳統固相合成法和傳統溶膠-凝膠法制備技術的缺陷，提供一種環境協調型制備鈦酸鹽壓電陶瓷粉體的方法。真正意義上實現了工藝的綠色化，環境協調型，低成本，低耗能，優異的可操作性，實用化；實現壓電陶瓷制備技術質的飛躍，為壓電陶瓷行業生產技術的轉型奠定基礎。

本發明的技術方案如下：

一種制備鈦酸鹽壓電陶瓷粉體的環境協調型方法，包括以下步驟：