[發(fā)明專利]溶膠-凝膠自蔓燃法制備鈦酸鉍鈉鍶壓電陶瓷的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310698586.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN103739284A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜慧玲;杜嫻;史翔;和嬌嬌;姚淼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/475
• 分類號(hào): C04B35/475;C04B35/624;C04B35/64
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)功能材料中的低溫制備方法，特別涉及一種鈦酸鉍鈉鍶無(wú)鉛壓電陶瓷的溶膠-凝膠自蔓燃低溫合成方法。

背景技術(shù)

壓電陶瓷是壓電材料中品種最多，應(yīng)用最為廣泛成熟的一類。然而，在壓電陶瓷領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)由鋯鈦酸鉛占主導(dǎo)地位，鋯鈦酸鉛陶瓷中有毒的氧化鉛（或四氧化三鉛）約占原料總量的70%左右，如此高的鉛含量在制備、使用和回收過(guò)程中，都會(huì)給環(huán)境和人類帶來(lái)危害。具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍鈉系材料具有機(jī)電耦合系數(shù)各向異性較大、居里溫度較高、相對(duì)介電常數(shù)較小及聲學(xué)性能好等優(yōu)良特征，而且燒結(jié)溫度低，被視為最有希望替代傳統(tǒng)含鉛壓電材料的候選材料之一。然而，鈦酸鉍鈉在室溫下矯頑場(chǎng)強(qiáng)較高，在鐵電相區(qū)電導(dǎo)率大；而且難以燒成致密微晶結(jié)構(gòu)樣品，這就使得該材料極化非常困難，其壓電性能不能充分表現(xiàn)出來(lái)，因而難以實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種溶膠-凝膠自蔓燃法制備鈦酸鉍鈉鍶壓電陶瓷的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。

該制備鈦酸鉍鈉鍶壓電陶瓷的方法包括以下步驟：選用絡(luò)合劑、鈦酸丁酯和對(duì)應(yīng)的無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽為原料，通過(guò)水解絡(luò)合反應(yīng)形成透明溶膠，所述溶膠經(jīng)微波輔助加熱脫水縮合形成凝膠，凝膠于500℃以下加熱后發(fā)生自蔓燃反應(yīng)得到鈣鈦礦單相鈦酸鉍鈉鍶納米粉體。

所述無(wú)機(jī)鹽為硝酸鹽或碳酸鹽，有機(jī)鹽為醋酸鹽。

所述制備鈦酸鉍鈉鍶壓電陶瓷的方法具體包括以下步驟：

1）將硝酸鹽、醋酸鹽或碳酸鹽的水溶液與絡(luò)合劑混合得混合物A，絡(luò)合劑與水溶液中硝酸根離子、醋酸根離子或碳酸根離子的摩爾比為1-1.5:1；

2）將冰醋酸加入到鈦酸丁酯的乙醇溶液中得混合物B，混合物B中冰醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，將混合物B加入到混合物A中得混合物C；

3）向混合物C中加入分散劑得混合物D，混合物D中分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5%，用氨水調(diào)節(jié)混合物D的pH值至4-6得混合物E；

4）將混合物E在60-80℃水浴中加熱并持續(xù)攪拌得到透明溶膠；

5）采用微波加熱法將透明溶膠脫水縮合得到干凝膠；將干凝膠在500℃熱處理45-90min發(fā)生自蔓燃反應(yīng)，得到鈣鈦礦相粉體；

6）將所述粉體造粒、壓片、排膠后在980-1020℃燒結(jié)2h得到鈦酸鉍鈉鍶陶瓷。

所述硝酸鹽為硝酸鉍、硝酸鈉以及硝酸鍶，醋酸鹽為醋酸鉍、醋酸鈉以及醋酸鍶，碳酸鹽為碳酸鉍、碳酸鈉以及碳酸鍶，硝酸鹽、醋酸鹽或碳酸鹽按照1-xNa_0.5Bi_0.5TiO₃-xSrTiO₃進(jìn)行配料，x=0.24-0.28。

所述微波加熱法包括以下步驟：將透明溶膠在微波反應(yīng)器里加熱30-50min，微波反應(yīng)器的功率為400-650W。

所述絡(luò)合劑為檸檬酸與乙二胺四乙酸的混合物，檸檬酸與乙二胺四乙酸按照1:1的摩爾比混合。

所述分散劑為聚乙烯醇、聚丙烯酸或乙二醇乙醚。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明基于微波輔助的納米溶膠-凝膠自蔓燃制備鈦酸鉍鈉鍶基無(wú)鉛壓電材料的工藝，可以在較低溫度下（例如500℃）獲得具有單一鈣鈦礦相的鈦酸鉍鈉鍶納米粉體，本發(fā)明方法選用絡(luò)合劑、鉍、鈉以及鍶的對(duì)應(yīng)的無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽（硝酸鹽或醋酸鹽或碳酸鹽）和鈦酸丁酯為原料，用氨水調(diào)節(jié)pH值，在水和醇的溶液中發(fā)生水解絡(luò)合反應(yīng)形成透明溶膠，溶膠經(jīng)微波加熱脫水縮合形成干凝膠，然后通過(guò)加熱發(fā)生自蔓燃反應(yīng)，從而獲得粒度窄、粒徑10～40nm的鈦酸鉍鈉鍶陶瓷粉體，因納米小尺寸效應(yīng)而使陶瓷在980-1020℃燒結(jié)形成致密微晶結(jié)構(gòu)陶瓷，具有良好的壓電性能，本發(fā)明所述方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)特殊環(huán)境要求，在常溫下工藝穩(wěn)定，可重復(fù)性強(qiáng)，合成的粉體純度高，熱處理溫度低，可廣泛應(yīng)用于壓電振子、微位移器和超聲換能器等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例2所得陶瓷的掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得粉體的透射電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明所用原料均采用市售的分析純?cè)稀?/p>

實(shí)施例1：