專利名稱：鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體的制備方法，屬于功能材料領域。
背景技術：
鋯鈦酸鉛(PbZrxTi1-xO3，PZT)是20世紀50年代Shirane和他的合作者首先發(fā)明的，迄今為止仍然是研究和使用最多的鐵電材料。與其它的的壓電陶瓷相比，PZT陶瓷不僅具有較高的居里溫度(約380℃)和壓電系數(shù)(約600pm/V)，而且易于摻雜改性，具有較好的穩(wěn)定性，因而在電子機械制造業(yè)具有很重要得地位，是制備聲納、水聽器、超聲發(fā)生器、高伏特發(fā)電機和位置微調器等大部分電子機械裝置的基礎材料。
目前，工業(yè)上合成鈣鈦礦相PZT粉體的方法主要還是傳統(tǒng)的固相反應法。但是，固相反應法合成PZT粉體的煅燒過程中往往發(fā)生形成鈦酸鉛(PT)或鋯酸鉛(ZT)的中間反應，導致在最終的產(chǎn)物中存在少量的PT或PZ相；而且固相反應法所制備的粉體中往往含有大量硬團聚體，燒結活性低，需要在較高的溫度下燒結，易于產(chǎn)生PbO揮發(fā)；導致所制備的PZT陶瓷材料含有第二相和偏離化學組成，性能降低。盡管共沉淀法是合成無機氧化物粉體的一種有效方法，但是利用該方法合成PZT粉體時，由于Pb粒子的聚集，除生成主晶相PZT外，還有少量PbO相形成，導致所合成的粉體熱穩(wěn)定性較差，難以制備出性能優(yōu)異的PZT陶瓷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝過程簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)、純度高的鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛(PZT)粉體的制備方法。
本發(fā)明制備的鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體，其化學式為PbZrxTi1-xO3，0≤x≤1.0。
制備方法包括以下步驟(1)按欲合成的鋯鈦酸鉛粉體的化學式PbZrxTi1-xO3，0≤x≤1.0，稱量鈦酸四丁酯和氧氯化鋯，分別溶于無水乙醇和去離子水溶劑中，配制濃度為0.05～0.25M/L的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液和濃度為0.05～0.30M/L的氧氯化鋯水溶液；(2)在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯無水乙醇溶液加入到氧氯化鋯水溶液中，得到鋯、鈦離子混合溶液，用去離子水調節(jié)溶液中的金屬離子濃度至0.05～0.25M/L；
(3)在攪拌狀態(tài)下，將鋯、鈦離子混合溶液滴加到濃度為0.10～0.30M/L的氨水溶液中，靜置、沉降、過濾、去離子水清洗，得到鋯、鈦羥基氧化物共沉淀；(4)將鋯、鈦羥基氧化物共沉淀機械分散于濃度0.1～0.3M/L的氨水溶液中，得到懸浮有鋯、鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液；(5)按欲合成的鋯鈦酸鉛粉體的化學式稱量硝酸鉛，溶于去離子水，配制濃度為0.05～0.20M/L硝酸鉛的溶液；(6)在攪拌的狀態(tài)下，將硝酸鉛溶液滴加于含有鋯、鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液中，靜置、沉降、過濾、去離子水清洗、無水乙醇脫水、烘干，得到合成鋯鈦酸鉛粉體的前驅體粉體；(7)將前驅體粉體在400～900℃范圍內煅燒，得到純鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體。
本發(fā)明中，所用的鈦酸四丁酯、氧氯化鋯、硝酸鉛以及無水乙醇和氨水的純度均不低于化學純。
本發(fā)明強化了居于同一結構結點的鋯、鈦離子在前驅體粉體中的結合，并抑制了反應過程中鉛離子的聚集，克服了固相反應法和共沉淀法的缺點，防止了中間相鈦酸鉛、鋯酸鉛以及氧化鉛相的形成，合成的PZT粉體為純鈣鈦礦相粉體，并且具有良好的熱穩(wěn)定性，有利于制備性能優(yōu)異的PZT陶瓷材料。本發(fā)明工藝過程簡單，易于操作，無污染，制備出的PZT粉體純度高，成本低，易于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明合成的鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛PbZr0.52Ti0.48O3粉體的XRD圖譜；圖2是本發(fā)明合成的鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛PbZr0.4Ti0.6O3粉體的XRD圖譜；圖3是本發(fā)明合成的鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛PbZr0.6Ti0.4O3粉體的XRD圖譜。
具體實施例方式
以下結合實施例進一步說明本發(fā)明。
實例1按以下工藝步驟合成純鈣鈦礦相PbZr0.52Ti0.48O3粉體。
(1)按化學劑量比稱取鈦酸四丁酯和氧氯化鋯分別溶于無水乙醇和去離子水溶劑中，配制濃度為0.08M/L的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液和0.15M/L的氧氯化鋯水溶液；(2)攪拌的狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯無水乙醇溶液滴加到氧氯化鋯溶液中，得到含有Zr4+、Ti4+兩種金屬離子的混合溶液，用去離子水調節(jié)溶液中的金屬離子濃度為0.10M/L；
(3)將含有Zr4+、Ti4+兩種金屬離子的混合溶液在攪拌的狀態(tài)下，滴加到0.15M/L的氨水溶液中生成金屬羥基氧化物共沉淀鋯、鈦兩種離子。靜置、沉降，過濾，用去離子水清洗6次，得到鋯、鈦羥基氧化物共沉淀；(4)將制備的鋯、鈦羥基氧化物共沉淀利用機械攪拌，強力分散于氨水溶液中，得到氨水濃度為0.15M/L的懸浮有鋯鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液；(5)按化學計量比稱量硝酸鉛，溶于去離子水溶劑中，得到濃度為0.10M/L的硝酸鉛溶液；(6)在攪拌的狀態(tài)下，將硝酸鉛溶液滴加到含有鋯鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液中生成氫氧化鉛沉淀鉛離子。靜置、沉降，過濾，用去離子水清洗6次，無水乙醇清洗脫水2次，烘干，得到合成PZT粉體的前驅體粉體；(7)將制備的前驅體粉體在500℃煅燒3小時，合成PZT粉體。經(jīng)XRD檢測，所合成的粉體為純鈣鈦礦相PbZr0.52Ti0.48O3粉體(見圖1)。
實例2按以下工藝步驟合成純鈣鈦礦相PbZr0.40Ti0.60O3粉體。
(1)按化學劑量比稱取鈦酸四丁酯和氧氯化鋯分別溶于無水乙醇和去離子水溶劑中，配制濃度為0.05M/L的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液和0.20M/L的氧氯化鋯水溶液；(2)攪拌的狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯無水乙醇溶液滴加到氧氯化鋯溶液中，得到含有Zr4+、Ti4+兩種金屬離子的混合溶液，用去離子水調節(jié)溶液中的金屬離子濃度為0.10M/L；(3)將含有Zr4+、Ti4+兩種金屬離子的混合溶液在攪拌的狀態(tài)下，滴加到0.10M/L的氨水溶液中生成鋯、鈦兩種金屬離子羥基氧化物共沉淀。靜置、沉降，過濾，用去離子水清洗6次，得到鋯、鈦羥基氧化物共沉淀。
(4)將制備的鋯、鈦羥基氧化物共沉淀利用機械攪拌，強力分散于氨水溶液中，得到氨水濃度為0.15M/L的懸浮有鋯鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液；(5)按化學計量比稱量硝酸鉛，溶于去離子水溶劑中，得到濃度為0.05M/L的硝酸鉛溶液；(6)在攪拌的狀態(tài)下，將硝酸鉛溶液滴加到含有鋯鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液中生成氫氧化鉛沉淀鉛離子。靜置、沉降，過濾，用去離子水清洗6次，無水乙醇清洗脫水2次，烘干，得到合成PZT粉體的前驅體粉體；(7)將制備的前驅體粉體在700℃煅燒3小時，合成PZT粉體。經(jīng)XRD檢測，所合成的粉體為純鈣鈦礦相PbZr0.40Ti0.60O3粉體(見圖2)。
實例3按以下工藝步驟合成純鈣鈦礦相PbZr0.60Ti0.40O3粉體。
(1)按化學劑量比稱取鈦酸四丁酯和氧氯化鋯分別溶于無水乙醇和去離子水溶劑中，配制濃度為0.15M/L的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液和0.10M/L的氧氯化鋯水溶液；(2)在攪拌的狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯無水乙醇溶液滴加到氧氯化鋯溶液中，得到含有Zr4+、Ti4+兩種金屬離子的混合溶液，用去離子水調節(jié)溶液中的金屬離子濃度為0.10M/L；(3)將含有Zr4+、Ti4+兩種金屬離子的混合溶液在攪拌的狀態(tài)下，滴加到0.2M/L的氨水溶液中生成金屬羥基氧化物共沉淀鋯、鈦兩種離子。靜置、沉降，過濾，用去離子水清洗6次，得到鋯、鈦羥基氧化物共沉淀。
(4)將制備的鋯、鈦羥基氧化物共沉淀利用機械攪拌，強力分散于氨水溶液中，得到氨水濃度為0.15M/L的懸浮有鋯鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液；(5)按化學計量比稱量硝酸鉛，溶于去離子水溶劑中，得到濃度為0.12M/L的硝酸鉛溶液；(6)在攪拌的狀態(tài)下，將硝酸鉛溶液滴加到含有鋯鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液中生成氫氧化鉛沉淀鉛離子。靜置、沉降，過濾，用去離子水清洗6次，無水乙醇清洗脫水2次，烘干，得到合成PZT粉體的前驅體粉體；(7)將制備的前驅體粉體在900℃煅燒3小時，合成PZT粉體。經(jīng)XRD檢測，所合成的粉體為純鈣鈦礦相PbZr0.60Ti0.40O3粉體(見圖3)。
權利要求
1.鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)按欲合成的鋯鈦酸鉛粉體的化學式PbZrxTi1-xO3，0≤x≤1.0，稱量鈦酸四丁酯和氧氯化鋯，分別溶于無水乙醇和去離子水溶劑中，配制濃度為0.05～0.25M/L的鈦酸四丁酯無水乙醇溶液和濃度為0.05～0.30M/L的氧氯化鋯水溶液；(2)在攪拌狀態(tài)下，將鈦酸四丁酯無水乙醇溶液加入到氧氯化鋯水溶液中，得到鋯、鈦離子混合溶液，用去離子水調節(jié)溶液中的金屬離子濃度至0.05～0.25M/L；(3)在攪拌狀態(tài)下，將鋯、鈦離子混合溶液滴加到濃度為0.10～0.30M/L的氨水溶液中，靜置、沉降、過濾、去離子水清洗，得到鋯、鈦羥基氧化物共沉淀；(4)將鋯、鈦羥基氧化物共沉淀機械分散于濃度0.1～0.3M/L的氨水溶液中，得到懸浮有鋯、鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液；(5)按欲合成的鋯鈦酸鉛粉體的化學式稱量硝酸鉛，溶于去離子水，配制濃度為0.05～0.20M/L硝酸鉛的溶液；(6)在攪拌的狀態(tài)下，將硝酸鉛溶液滴加于含有鋯、鈦羥基氧化物共沉淀的氨水溶液中，靜置、沉降、過濾、去離子水清洗、無水乙醇脫水、烘干，得到合成鋯鈦酸鉛粉體的前驅體粉體；(7)將前驅體粉體在400～900℃范圍內煅燒，得到純鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體。
2.根據(jù)權利要求1所述的鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體的制備方法，其特征是所說的鈦酸四丁酯、氧氯化鋯、硝酸鉛以及無水乙醇和氨水的純度均不低于化學純。
全文摘要
本發(fā)明涉及鈣鈦礦相鋯鈦酸鉛粉體的制備方法。采用兩步沉淀實現(xiàn)合成鋯鈦酸鉛的前驅體粉體的制備。首先以鈦酸四丁酯和氧氯化鋯為原料，無水乙醇和去離子水為溶劑，氨水為沉淀劑，共沉淀制備鋯鈦羥基氧化物。所制備的共沉淀物經(jīng)去離子水清洗后，分散于氨水溶液中。然后再將硝酸鉛溶液引入到該氨水溶液中沉淀Pb
文檔編號C04B35/64GK1803711SQ20051006215
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權日2005年12月21日
發(fā)明者韓高榮, 徐剛, 任召輝 申請人:浙江大學