專利名稱：硅酸鋅鈷納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，具體涉及一種納米級硅酸鋅鈷 (CoxZn2-xSi04)粉體的溶膠-凝膠制備方法。
背景技術(shù)：
新的通信系統(tǒng)如多媒體移動通信系統(tǒng)、超高速無線局域網(wǎng)、智能交通系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，對微波介質(zhì)陶瓷的性能提出了更高的要求，迫切要求采取新的材料研究方式。作為一種新的材料制備思路，軟化學(xué)法近年來日益受到重視。為了提高微波介質(zhì)陶瓷的品質(zhì)因數(shù)，除了選擇低損耗的介質(zhì)陶瓷材料體系外，采用先進的軟化學(xué)法，能夠提高材料純度、細化粉體粒徑，并且在一定程度上提高介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)特性和微波介電性能。如，張啟龍等采用溶膠-凝膠法合成了粒徑在60 70nm的單相CaTiO3粉體，在燒結(jié)后品質(zhì)因數(shù)(Qf值)提高了 20% (見無機化學(xué)學(xué)報，2006，22 (9)， 1658-1662，張啟龍，王煥平，楊輝，CaTiO3納米粉體溶膠-凝膠法合成、表征及介電特性。)； 其它一些陶瓷體系如MgTi03、(Zr, 311)1104等通過溶膠-凝膠法制備，可以獲得粒徑小于IOOnm的超細粉體，并且燒結(jié)溫度降低100°C以上，微波介電性能也有一定的提高(見 Ho Y. S. , Weng Μ. H. , Dai B. T, Nano powder and Microwave Dielectric Properties of Sol-GeI-Derived Zr0 8Sn0 2Ti04Ceramics,The Japan Society of Applied Physics,2005, 44(8),6152-6155。禾口 Miao Y. Μ, Zhang Q. L, Yang H., Low-temperature synthesis of nano-crystal1ine magnesium titanate materials by the sol-gel method, Materials Science and Engineering B 2006,103-106。)。但關(guān)于 Cox&i2_xSi04 微波介質(zhì)陶瓷的軟化學(xué)法研究的報道甚少，尚未見用溶膠-凝膠法合成CoxSvxSiO4微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是采取新的材料研究方式，采用先進的軟化學(xué)方法，為了提高微波介質(zhì)陶瓷的品質(zhì)因數(shù)，提高材料純度、細化粉體粒徑，以提高微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)特性和介電性能，提供一種采用溶膠-凝膠工藝制備CoxSVxSiO4微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的方法。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種硅酸鋅鈷微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，具有如下步驟(1)原料組分及其摩爾百分比含量為CoxZrvxSiO4，其中O < χ彡1，按此化學(xué)計量比，將0. 1 (2-x)mol六水硝酸鋅和0. Ix mol六水硝酸鈷分別溶于無水乙醇，加熱90°C磁力攪拌30 45分鐘，使其溶解，分別得到硝酸鋅溶液和硝酸鈷溶液；然后將上述兩種溶液混合，加熱90°C磁力攪拌4小時，得到透明混合溶液，控制溶液的濃度為0. 5 lmol/L ；(2)將0. Ix mol正硅酸乙脂溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到正硅酸乙脂溶液，控制溶液的濃度為0. 5 lmol/L ；(3)將步驟(1)的混合溶液滴入步驟(2)正硅酸乙脂溶液中，用HNO3調(diào)節(jié)溶液的pH值為2-4，并加入去離子水，促進水解過程的進行，在50°C 60°C下磁力攪拌4 6小時， 得到透明的CoxSvxSiO4溶膠；(4)將CoxZrvxSiO4溶膠置于60°C烘箱中靜置12 15小時，可形成無色透明果凍狀凝膠，凝膠在烘箱中100 120°C下烘干，形成干凝膠；(5)將干凝膠置于高溫爐中，于650 950°C熱處理，得到CoxSvxSiO4納米粉體。所述步驟(3)優(yōu)選的加熱溫度至50°C攪拌4小時。所述步驟(4)優(yōu)選的靜置15小時，優(yōu)選的烘干溫度為100°C。所述步驟⑶優(yōu)選的熱處理溫度為750°C。本發(fā)明的有益效果是，在較低溫度下制備出CoxSvxSiO4納米粉體；制備出的 CoxZrvxSiO4納米粉體顆粒尺寸細小，平均粒徑為90nm ；該納米粉體純度高，制備工藝簡單， 原料價格低廉。另外，該納米粉體活性高，燒結(jié)特性好，該納米粉體的燒結(jié)溫度低于固相法 100 300°C，可為高性能CoxSvxSiO4微波介質(zhì)陶瓷的制備提供材料支撐。
具體實施例方式本發(fā)明所用原料均采用市售的分析純原料，具體實施例如下。實施例1(1)按CoaiS^9SiO4化學(xué)計量比，將56. 523克六水硝酸鋅溶于無水乙醇，加熱 90°C磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋅溶液；將2. 91克六水硝酸鈷溶于無水乙醇，加熱90°C磁力攪拌45分鐘，使其溶解，得到硝酸鈷溶液；然后將上述兩種溶液混合，加熱90°C 磁力攪拌4小時，得到透明混合溶液，控制溶液的濃度為lmol/L ；(2)將20. 833克正硅酸乙脂溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到正硅酸乙脂溶液，控制溶液的濃度為0. 5mol/L ；(3)將步驟(1)的混合溶液滴入步驟( 正硅酸乙脂溶液中，加入HNO3調(diào)節(jié)溶液的PH值為3，并加入去離子水，促進水解過程的進行，在50°C下磁力攪拌4小時，得到透明的 Co0. A9SiO4 溶膠；(4)將CoaiS^9SiO4溶膠置于60°C烘箱中靜置12小時，可形成無色透明果凍狀凝膠，凝膠在烘箱中10(TC下烘干，形成干凝膠；(5)將干凝膠置于箱式高溫電爐中，于650°C進行煅燒處理；可得均勻的 Coa Zr^9SiO4納米粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JE0L-7600F，Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑為65nm。實施例2(1)按Co0.3ZnL7Si04化學(xué)計量比，將50. 573克六水硝酸鋅溶于無水乙醇，加熱 90°C磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋅溶液；將8. 731克六水硝酸鈷溶于無水乙醇， 加熱90°C磁力攪拌45分鐘，使其溶解，得到硝酸鈷溶液；然后將上述兩種溶液混合，加熱 90°C磁力攪拌4小時，得到透明混合溶液，控制溶液的濃度為lmol/L ；(2)將20. 833克正硅酸乙脂溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到正硅酸乙脂溶液，控制溶液的濃度為0. 5mol/L ；(3)將步驟(1)的混合溶液滴入步驟(2)正硅酸乙脂溶液中，加入HNO3調(diào)節(jié)溶液的PH值為3，并加入去離子水，促進水解過程的進行，在60°C下磁力攪拌4小時，得到透明的 Coa3Zn1.7Si04 溶膠；(4)將Coa Jr^7SiO4溶膠置于60°C烘箱中靜置15小時，可形成無色透明果凍狀凝膠，凝膠在烘箱中10(TC下烘干，形成干凝膠；(5)將干凝膠置于箱式高溫電爐中，于750 °C進行煅燒處理；可得均勻的 Coa Jr^7SiO4納米粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JE0L-7600F，Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑為90nm。實施例3(1)按Coa5Zr^5SiO4化學(xué)計量比，將44. 624克六水硝酸鋅溶于無水乙醇，加熱 90°C磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋅溶液；將14. 552克六水硝酸鈷溶于無水乙醇， 加熱90°C磁力攪拌45分鐘，使其溶解，得到硝酸鈷溶液；然后將上述兩種溶液混合，加熱 90°C磁力攪拌4小時，得到透明混合溶液，控制溶液的濃度為lmol/L ；(2)將20. 833克正硅酸乙脂溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到正硅酸乙脂溶液，控制溶液的濃度為0. 5mol/L ；(3)將步驟(1)的混合溶液滴入步驟(2)正硅酸乙脂溶液中，加入HNO3調(diào)節(jié)溶液的PH值為3，并加入去離子水，促進水解過程的進行，在60°C下磁力攪拌5小時，得到透明的 Coa5Zn1.5Si04 溶膠；(4)將Coa Jr^5SiO4溶膠置于60°C烘箱中靜置14小時，可形成無色透明果凍狀凝膠，凝膠在烘箱中110°c下烘干，形成干凝膠；(5)將干凝膠置于箱式高溫電爐中，于850°C進行煅燒處理；可得均勻的 Coa Jr^5SiO4納米粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JE0L-7600F，Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑為97nm。實施例4(1)按CoS1SiO4化學(xué)計量比，將29. 749克六水硝酸鋅溶于無水乙醇，加熱90°C磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋅溶液；將29. 103克六水硝酸鈷溶于無水乙醇，加熱 90°C磁力攪拌45分鐘，使其溶解，得到硝酸鈷溶液；然后將上述兩種溶液混合，加熱90°C磁力攪拌4小時，得到透明混合溶液，控制溶液的濃度為lmol/L ；(2)將20. 833克正硅酸乙脂溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到正硅酸乙脂溶液，控制溶液的濃度為0. 5mol/L ；(3)將步驟(1)的混合溶液滴入步驟(2)正硅酸乙脂溶液中，加入HNO3調(diào)節(jié)溶液的PH值為3，并加入去離子水，促進水解過程的進行，在60°C下磁力攪拌6小時，得到透明的CoZnSiO4溶膠；(4)將CoaiSiO4溶膠置于60°C烘箱中靜置15小時，可形成無色透明果凍狀凝膠， 凝膠在烘箱中120°C下烘干，形成干凝膠；(5)將干凝膠置于箱式高溫電爐中，于950°C進行煅燒處理；可得均勻的CoaiSiO4 納米粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JE0L-7600F，Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑為 120nm。本發(fā)明并不局限于上述實施例，很多細節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種硅酸鋅鈷微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，具有如下步驟(1)原料組分及其摩爾百分比含量為CoxSvxSiO4，其中O< χ < 1，按此化學(xué)計量比， 將0. l(2-X)mol六水硝酸鋅和0. Ix mol六水硝酸鈷分別溶于無水乙醇，加熱90°C磁力攪拌 30 45分鐘，使其溶解，分別得到硝酸鋅溶液和硝酸鈷溶液；然后將上述兩種溶液混合，加熱90°C磁力攪拌4小時，得到透明混合溶液，控制溶液的濃度為0. 5 lmol/L ；(2)將0.Ix mol正硅酸乙脂溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到正硅酸乙脂溶液，控制溶液的濃度為0. 5 lmol/L ；(3)將步驟(1)的混合溶液滴入步驟(2)正硅酸乙脂溶液中，用HNO3調(diào)節(jié)溶液的pH值為2-4，并加入去離子水，促進水解過程的進行，在50°C 60°C下磁力攪拌4 6小時，得到透明的CoxSvxSiO4溶膠；(4)將CoxSvxSiO4溶膠置于60°C烘箱中靜置12 15小時，可形成無色透明果凍狀凝膠，凝膠在烘箱中100 120°C下烘干，形成干凝膠；(5)將干凝膠置于高溫爐中，于650 950°C熱處理，得到CoxZrvxSiO4納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)優(yōu)選的加熱溫度至50°C攪拌4小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)優(yōu)選的靜置15小時，優(yōu)選的烘干溫度為100°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(8)優(yōu)選的熱處理溫度為750°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅酸鋅鈷微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，步驟為(1)原料組分及其摩爾百分比含量為CoxZn2-xSiO4，其中0＜x≤1，首先配置硝酸鋅溶液和硝酸鈷溶液；再將兩種溶液混合；(2)配置正硅酸乙脂溶液；(3)將步驟(1)混合溶液滴入正硅酸乙脂溶液中，pH值為2-4，加入去離子水，磁力攪拌，得到CoxZn2-xSiO4溶膠；(4)將CoxZn2-xSiO4溶膠烘干，形成果凍狀凝膠；再將凝膠烘干成干凝膠；(5)將干凝膠于650～950℃熱處理，得到CoxZn2-xSiO4納米粉體。采用本發(fā)明的方法制備出的CoxZn2-xSiO4納米粉體，平均粒徑為90nm，純度高，工藝簡單，原料價格低廉；該納米粉體活性高，燒結(jié)特性好，其燒結(jié)溫度低于固相法100～300℃，可為高性能CoxZn2-xSiO4微波介質(zhì)陶瓷的制備提供材料支撐。
文檔編號C04B35/16GK102206077SQ20111006788
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者張平, 李玲霞, 王濤, 王玉翠, 趙建淵 申請人:天津大學(xué)