專利名稱：鋯鈦酸鋇粉體的常壓水熱制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋯鈦酸鋇粉體的制備方法，尤其是涉及一種鋯鈦酸鋇粉 體的常壓水熱制備方法。
背景技術(shù)：
利用鋯鈦酸鋇粉體制作的電子陶瓷，具有良好的介電、壓電、鐵電、熱 釋電效應(yīng)，可用來制作大容量電容器、非揮發(fā)性鐵電存儲(chǔ)器、壓電驅(qū)動(dòng)器等， 因此在微電子領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。現(xiàn)有的鋯鈦酸鋇粉體的制備方法主
要有固相法和溶膠凝膠法。固相法是采用BaC03、 Ti02、 ZK)2按比例混合， 經(jīng)高溫(1280。C一130(TC)煅燒制得，該法對合成設(shè)備要求高，生產(chǎn)時(shí)對原 料的均勻度難以掌握；并且制得的粉體純度低、顆粒直徑大且粒度分布不均 勻，反應(yīng)活性差，因此電子元件產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。而凝膠法， 一般采用 有機(jī)金屬醇鹽或硬脂酸鹽為原料，通過水解、聚合，冷卻后得到混合物凝膠， 再經(jīng)干燥和高溫煅燒而制得，此法原材料昂貴，凝膠化過程較慢，生產(chǎn)周期 較長，很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，因此只能停留在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)階段。
進(jìn)幾年來，有人提出用高壓水熱法制備鋯鈦酸鋇粉體，以克服了固相法 制備的粉體顆粒大且粒度分布不均勻，反應(yīng)活性差等技術(shù)問題。如中國專利 CN1472170提供了一種"制備納米級高純鋯鈦酸鋇粉體的工藝"，該工藝用高 壓反應(yīng)釜，并在溫度220'C—25(TC、壓強(qiáng)64Mpa的條件下進(jìn)行合成反應(yīng)， 經(jīng)過8—15小時(shí)制成鋯鈦酸鋇懸濁液，然后洗滌、干燥制成鋯鈦酸鋇粉體。 雖然該工藝部分解決了固相法或凝膠法的固有缺陷，但整個(gè)工藝頗為復(fù)雜， 對反應(yīng)設(shè)備性能要求高，設(shè)備投資大，反應(yīng)過程能耗高、時(shí)間長，以致生產(chǎn) 成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)鋯鈦酸鋇粉體生產(chǎn)方法所存在的工藝復(fù)雜，
對反應(yīng)設(shè)備性能要求高，反應(yīng)過程能耗高、時(shí)間長，成本高等技術(shù)問題。
本發(fā)明同時(shí)還解決了現(xiàn)有生產(chǎn)鋯鈦酸鋇粉體技術(shù)所存在粉體純度低，顆
粒大且粒度分布不均勻等技術(shù)問題。
本發(fā)明主要是通過下述技術(shù)方案得以解決上述技術(shù)問題的其包括以下
A. 配制溶液將純四氯化鈦、八水合二氯氧鋯和氯化鋇分別用去離子水 配制成一定濃度的溶液，然后按照Ba/(Ti+Zr)的摩爾比不得低于1. 05的比 例進(jìn)行計(jì)量；將上述計(jì)量后的溶液混合于同一容器中，并加入適量的去離子 水，攪拌均勻后制成混合溶液備用；
B. 合成反應(yīng)將混合溶液倒入常壓反應(yīng)釜中，開啟攪拌，然后往混合溶 液中加入氫氧化鈉固體，并保證常壓反應(yīng)釜中溶液的PH值大于14，反應(yīng)溫度 控制在80'C—10(TC之間，這樣恒溫反應(yīng)2~6小時(shí)之后就制得鋯鈦酸鋇沉淀 物；
C. 洗滌將反應(yīng)合成后的鋯鈦酸懸濁液放入密閉的容器中冷卻，冷卻后 用去離子水沖洗，將溶液中的鈉離子和氯離子等洗去，洗滌過程在隔離空氣 的條件進(jìn)行，以防止空氣中的C02與殘留于懸濁液中的Ba(0H)2反應(yīng)而生成 BaC03，影響產(chǎn)品電性能。洗滌至電導(dǎo)率小于50us/cm后，用X射線熒光分析 儀(XRF)檢測，其Ba/ (Ti+Zr)元素比在0. 995—1. 005之間即為合格。
D. 干燥將鋯鈦酸鋇過濾，烘干并粉碎，即可獲得鋯鈦酸鋇粉體。 作為優(yōu)選，在配制溶液步驟中，所述四氯化鈦溶液的濃度為2.5—5.0
mol/L，所述八水合二氯氧鋯溶液的濃度為1.0—3.0 mol/L,所述氯化鋇溶液
的濃度為0. 8—1.2mol/L。
作為優(yōu)選，合成反應(yīng)步驟中，所述反應(yīng)溫度為10(TC。
作為優(yōu)選，所述混合溶液中，其鈦、鋯的摩爾濃度和為0. 2~0. 6 mol/L，
其鈦、鋯的最佳摩爾濃度和為0. 5 mol/L。
本發(fā)明反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，反應(yīng)溫度不超過10(TC，因此降低了合成工藝
過程中的設(shè)備投入，并且大大減少了對能源的損耗；從而克服了在高壓高溫
水熱合成法中，設(shè)備性能要求高，反應(yīng)過程能耗高等技術(shù)缺陷。并且由于反 應(yīng)是在常壓、低溫環(huán)境中進(jìn)行，對反應(yīng)中過程中的各種參數(shù)的調(diào)整和控制都 比較容易，因此每批次產(chǎn)品的質(zhì)量都很穩(wěn)定。
本發(fā)明采用純四氯化鈦?zhàn)麾佋?，八水合二氯氧鋯作鋯源，氯化鋇作鋇源， 氫氧化鈉作為反應(yīng)沉淀劑，并結(jié)合工藝中，對反應(yīng)條件實(shí)時(shí)、嚴(yán)格的控制， 使反應(yīng)速度大大加快，并且反應(yīng)后的氯化納等殘留物便于洗滌，對環(huán)境污染 小。
因此，采用本發(fā)明方法制備的鋯鈦酸鋇粉體具有晶粒發(fā)育完整、粒度分 布均勻，不團(tuán)聚、活性高，成本低等特點(diǎn)，完全可滿足電子工業(yè)對鋯鈦酸鋇 高性能的要求。


圖1是8&11。.821"。.203的晶體衍射圖； 圖2是BaTi。82Zr。a8()3的晶體衍射圖； 圖3是BaTi。.8Zr。.203的電子顯微鏡照片； 圖4是BaTi。.82Zr。.w03的電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
實(shí)施例1:制備BaTiQ.8Zr。.203。用量筒量取0. 2升4. Omol/L四氯化鈦溶液、 0. 2升1. 0mol/L 二氯氧鋯和1升1. 2mol/L氯化鋇溶液置于容器中，并加入0. 6 升去離子水?dāng)嚢柚粱旌暇鶆颍蝗缓髮⑸鲜龌旌弦旱谷氤悍磻?yīng)釜中，開啟攪 拌，并向其中加入312g氫氧化鈉固體，用電熱套加熱升溫至8(TC并恒溫6小 時(shí)后，冷卻至室溫，再用去離子水進(jìn)行沖洗；上述洗滌過程在全封閉狀態(tài)下 進(jìn)行，洗滌至電導(dǎo)率小于50us/cm后，經(jīng)XRF檢測，當(dāng)達(dá)到Ba/ (Ti+Zr)元 素比在0.995-1.005之間即為合格，合格后進(jìn)行干燥、粉碎，得到鋯鈦酸鋇 粉體。
實(shí)施例2:制備BaTi。82Zr。a803;用量筒量取0. 328升2. 5mol/L四氯化鈦
溶液、0.06升3.0mol/L 二氯氧鋯和1. 5升0.8mol/L氯化鋇溶液置于容器中， 并加入3. 11升去離子水?dāng)嚢柚粱旌暇鶆?；然后將上述混合液倒入常壓反?yīng)釜 中，開啟攪拌，并向其中加入460g氫氧化鈉固體，用電熱套加熱升溫至100 'C并恒溫2小時(shí)后，冷卻至室溫，再用去離子水進(jìn)行沖洗，上述洗滌過程在 全封閉狀態(tài)下進(jìn)行，洗滌至電導(dǎo)率小于50us/cm后，送檢XRF，當(dāng)達(dá)到Ba/ (Ti+Zr)元素比在0.995-1.005之間即為合格，合格后進(jìn)行干燥、粉碎，得 到鋯鈦酸鋇粉體。
實(shí)施例3:制備BaTi。.抑Zr。.w03;用量筒量取0.16升5. Omol/L四氯化鈦溶 液、0. 1升2. 0raol/L 二氯氧鋯和1升1. lmol/L氯化鋇溶液置于容器中，并加 入0.41升去離子水?dāng)嚢柚粱旌暇鶆?；然后將上述混合液倒入常壓反?yīng)釜中， 開啟攪拌，并向其中加入325g氫氧化鈉固體，用電熱套加熱升溫至90C并恒 溫4小時(shí)后，冷卻至室溫，再用去離子水進(jìn)行沖洗，上述洗滌過程在全封閉 狀態(tài)下進(jìn)行,洗滌至電導(dǎo)率小于50us/cm后，送檢XRF，當(dāng)達(dá)到達(dá)到Ba/(Ti+Zr) 元素比在0.995-1.005之間即為合格，合格后進(jìn)行干燥、粉碎，得到鋯鈦酸 鋇粉體。
用X射線衍射分析設(shè)備(XRD)分別對上述實(shí)施例1、 2的鋯鈦酸鋇干燥粉 體分析表明，其物相均為立方相鋯鈦酸鋇。
用掃描電子顯微鏡(SEM)分別對實(shí)施例1和實(shí)施例2的鋯鈦酸鋇干燥粉 體進(jìn)行分析。
如圖3所示，實(shí)施例1中的BaTi。.8Zr。.A的電鏡照片顯示該粉體粒子的形 貌近似球形，并且分散性好，粉體粒徑在100-200納米，平均約為150納米。
如圖4所示，實(shí)施例2中的BaTi。.82Zr。.,803的電鏡照片顯示該粉體粒子的 形貌近似球形，并且分散性好，粉體粒徑為100-200納米，平均約為150納 米。
用比表面積吸附儀分別測量實(shí)例1、 2的鋯鈦酸鋇干燥粉體。實(shí)例1 83^。.821"。.203粉體的比表面積為30平方米/克。實(shí)例2 BaTiQ82Zro」803粉體的比 表面積為29平方米/克。
權(quán)利要求
1.一種鋯鈦酸鋇粉體的常壓水熱制備方法，其特征是在所述方法包括以下步驟A.配制溶液將純四氯化鈦、八水合二氯氧鋯和氯化鋇分別用去離子水配制成一定濃度的溶液，然后按照Ba/(Ti+Zr)摩爾比不得低于1.05的比例進(jìn)行計(jì)量，將上述計(jì)量后的溶液混合于同一容器中，并加入適量的去離子水，攪拌均勻后制成混合溶液備用；B.合成反應(yīng)將混合溶液倒入常壓反應(yīng)釜中，開啟攪拌，然后往混合溶液中加入氫氧化鈉固體，并保證常壓反應(yīng)釜中溶液的PH值大于14，反應(yīng)溫度控制在80℃-100℃之間，恒溫反應(yīng)2-6小時(shí)之后就制得鋯鈦酸鋇沉淀物；C.洗滌將反應(yīng)合成后的鋯鈦酸鋇沉淀物放入密閉的容器中冷卻，冷卻后在隔離空氣的條件下用去離子水沖洗；D.干燥將洗滌后鋯鈦酸鋇料液過濾，烘干并粉碎，即可獲得鋯鈦酸鋇粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鋇粉體的常壓水熱制備方法，其特征是 在配制溶液步驟中，所述四氯化鈦溶液的濃度為2. 5—5.0 mol/L,所述八水 合二氯氧鋯溶液的濃度為1. 0~3. 0 mol/L,所述氯化鋇溶液的濃度為0. 8— 1.2mol/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鋇粉體的常壓水熱制備方法，其特征是 在合成反應(yīng)步驟中，所述反應(yīng)溫度為100'C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鋇粉體的常壓水熱制備方法，其特征是 在所述混合溶液中，其鈦、鋯的摩爾濃度和為0. 2~0. 6 mol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋯鈦酸鋇粉體的常壓水熱制備方法，其特征是 在所述混合溶液中，其鈦、鋯的摩爾濃度和為0.5 mol/L。
全文摘要
一種鋯鈦酸鋇粉體的常壓水熱制備方法。采用純四氯化鈦?zhàn)麾佋矗怂隙妊蹁喿麂喸?，氯化鋇作鋇源，氫氧化鈉作為反應(yīng)沉淀劑，并結(jié)合工藝中，對反應(yīng)條件實(shí)時(shí)、嚴(yán)格的控制，使反應(yīng)速度大大加快，并且反應(yīng)后的氯化鈉等殘留物便于洗滌，對環(huán)境污染小。本發(fā)明反應(yīng)在常壓、低溫環(huán)境中進(jìn)行，因此對反應(yīng)中過程中的各種參數(shù)的調(diào)整和控制都比較容易，采用本發(fā)明方法制備的鋯鈦酸鋇粉體具有晶粒發(fā)育完整、粒度分布均勻，不團(tuán)聚、活性高，成本低等特點(diǎn)，完全可滿足電子工業(yè)對鋯鈦酸鋇高性能的要求。
文檔編號(hào)C04B35/462GK101104562SQ20071005237
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月4日
發(fā)明者鋒 楊, 貢 林, 敏 王, 趙中友, 敏 黃 申請人:仙桃市中星電子材料有限公司