[發明專利]一種鈮酸鉀粉體的固相制備方法

有效

• 申請號: 201310682905.7
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103723768A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 趙德明;牟慶平;侯曉鋒;燕慶玲
• 申請（專利權）人: 黃河三角洲京博化工研究院有限公司
• 主分類號: C01G33/00
• 分類號: C01G33/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

技術領域

本發明屬于化工領域，具體涉及一種鈮酸鉀粉體的固相制備方法。

背景技術

鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷，主要是指堿金屬鈮酸鹽和鎢青銅結構鈮酸鹽兩類壓電陶瓷。在發現鈦酸鋇陶瓷壓電性后，人們先后合成了NaNbO₃、KNbO₃、LiNbO₃等類鈣鈦礦型化合物，這類化合物的通式為ANbO₃(A為Na、K、Li)。PZT陶瓷由于含有易揮發的有毒物質PbO，它不僅造成了嚴重的環境污染，而且容易導致陶瓷中化學計量比的改變，從而大大降低了工藝和產品的穩定性。相比于PZT等鉛基壓電陶瓷，堿金屬鈮酸鹽陶瓷具有下列特點：介電常數小，壓電性高，頻率常數大，密度小，因此多年來常被作為電光材料。因為它為無鉛材料，被認為是一種具有廣泛前景的壓電材料，常用于倍頻和混頻、光波導和全息存儲領域，成為無鉛和可調壓電響應同步傳感器的替代材料，同時鈮酸鉀在生物適合傳感器中有著潛在應用。

鈮酸鉀粉體主要是通過水熱合成法，溶膠-凝膠法，聚合配合物法，固態反應合成法，以及其它反應法等得以制備的。專利200910114136中采用五氧化二鈮和高濃度的氫氧化鉀為原料水熱制備鈮酸鉀粉體，該方法雖然不需鍛燒，然而有其不可忽視的如低溫高壓、KOH濃度大、反應時間長等缺點。溶膠-凝膠法原料價格比較昂貴且大都為有害有機物；反應大多需要在隔絕氧氣和水的條件下進行且需要較長的反應時間，不易于控制反應條件，在干燥過程中會逸出許多氣體及有機物。專利200410043777.2中用采用水合氧化鈮為鈮源，用溶膠凝膠法制備鈮酸鉀鋰粉體，該方法制得的鈮酸鉀鋰粉體較細，但是該方法利用HF溶解Nb₂O₅制備的可溶性鈮鹽中容易殘留氟離子，導致最終的鈮酸鹽粉體中也殘留氟離子，降低了粉體的光電性能。聚合配合物法中乙二醇的用量也在很大程度上影響到了溶膠的穩定性。與此同時，反應中的高溫灼燒也成為其在應用中的一大瓶頸。傳統固相法中原料混合不均導致的反應不完全常常混有雜相，且反應溫度高生產出的粉體顆粒較大，粒度及組成分布不均勻等。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種以不同的鉀源與鈮源為原料來制備鈮酸鉀粉體的方法。

其具體步驟為：

按照既定質量比稱取鉀源和鈮源，將兩者混合并添加一定體積的溶劑，使得鉀源和鈮源混合均勻，在避光條件下研磨干燥得到前驅體；將得到的前驅體置于剛玉坩堝中于一定溫度下進行煅燒，煅燒一段時間后，冷卻至室溫，研磨至過325目篩，即得到鈮酸鉀鋰粉體；

所述的，溶劑的體積用量與鉀源的質量比為0.5ml/g～2ml/g；

優選的，鉀源為醋酸鉀、硝酸鉀、甲酸鉀、氫氧化鉀、碳酸鉀中的一種或幾種，鈮源為五氧化二鈮、草酸鈮、氫氧化鈮中的一種或幾種；

優選的，鉀源與鈮源的質量比2:1-1:7；

優選的，煅燒溫度是400-800℃；

優選的，煅燒時間為3-5h；

優選的，溶劑為去離子水、甲醇、乙醇中的一種或幾種;

優選的，避光條件為黑暗處或波數為400～500cm^-1的光照射條件下。

本發明與傳統的工藝相比，具有以下特點：

（1）制備前驅體的過程中，在鉀源和鈮源的混合物中添加有溶劑，而傳統固相法中只是簡單的采用機械混合的方法，難以保證多相混合的均一性，從而導致產物中顆粒分布不均，以及雜相存在的問題。采用溶劑可以使反應物處于類似均一相中從而得到混合均勻的前驅體，根據原料與溶劑的溶解度關系，為了使得原料充分溶解，形成均一相，所以限定溶劑的體積用量與鉀源的質量比為0.5ml/g～2ml/g，0.5ml/g為最低溶劑用量，低于此含量無法保證均一相的生成，從而影響焙燒后產品的粒徑和晶相，高于2ml/g時由于溶解時間過長，不利于前軀體的生成且造成不必要的浪費。

（2）不需要復雜的反應試劑和苛刻的反應條件，在制備前驅體的過程當中，只需選定鉀源與鈮源確保其混合均勻即可，不需要其它的復雜過程。

（3）合成溫度顯著降低，本發明的煅燒溫度在400-800℃范圍內，煅燒時間為3-5h，而傳統固相法中煅燒溫度通常在800℃煅燒5小時及以上，溫度是影響顆粒尺寸的主要原因，而傳統的固相法由于煅燒溫度過高導致顆粒尺寸較大，在這里我們的反應溫度明顯低于傳統固相法，所以利用本發明的制備方法所制備的鈮酸鉀粉體的粒度明顯減小，可達到納米級；另外，本法所得的前驅體具有較強的活性中心，從而保證了在較低溫度下得到純相鈮酸鉀粉體。