納米粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子陶瓷制備與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用濕化學(xué)工藝精細(xì)合 成鈦鐵礦結(jié)構(gòu)2111103介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)粉體方法。
【背景技術(shù)】
[0002] LTCC低溫共燒陶瓷技術(shù)是于1982年由休斯公司開(kāi)發(fā)的新型材料技術(shù)，它采用厚 膜材料，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將電極材料、基板、電子器件等一次性燒成，是一種可以實(shí)現(xiàn) 高集成度、高性能電路封裝的技術(shù)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域有：高頻無(wú)線通訊領(lǐng)域（如移動(dòng)電話， 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及藍(lán)牙技術(shù)等）、航空航天工業(yè)與軍事領(lǐng)域（如通訊衛(wèi)星，探測(cè)和跟蹤 雷達(dá)系統(tǒng)等）、微機(jī)電系統(tǒng)與傳感技術(shù)、汽車電子等。
[0003] LTCC技術(shù)是一種多層布線的低溫共燒技術(shù)，選用的微波介質(zhì)陶瓷材料應(yīng)具備燒結(jié) 溫度小于1000°c。ZnO-TiO2*統(tǒng)中被確認(rèn)的鋅的鈦酸鹽復(fù)合物有三種，g卩ZnTiO 3(六方）、 Zn2TiO4 (立方）、Zn2Ti308 (立方），此系陶瓷有較低的固有燒結(jié)溫度和良好的微波介電性能， 加之其原材料便宜，是極有前途的候選材料之一，近年來(lái)對(duì)其結(jié)構(gòu)、燒結(jié)特性及微波介電性 能的研宄日益增多。ZnTiO3陶瓷由于其特定的晶體結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)a=5.079人，b=5.079A， c=13.927A，空間群R-3 (148)，呈現(xiàn)出良好燒結(jié)特性與較好的微波性能。目前關(guān)于該體系 ZnTiO3陶瓷微波介質(zhì)陶瓷采用濕化學(xué)工藝進(jìn)行精細(xì)合成國(guó)內(nèi)外一直尚未見(jiàn)有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是基于未來(lái)LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)低溫共 燒陶瓷技術(shù)應(yīng)用需求，克服傳統(tǒng)固相合成困難的缺點(diǎn)；提供了一種利用溶膠凝膠法精細(xì)合 成鈦鐵礦結(jié)構(gòu)ZnTiO 3介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)粉體方法，采用溶膠凝膠法精細(xì)合成鈦鐵礦結(jié)構(gòu) 2111103陶瓷粉體，具有合成溫度低、陶瓷顆粒均勻（約30nm)、分散性好、物相純、粉體具有 納米粒度并具有高比表面能，呈現(xiàn)出較高活性等顯著優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)后續(xù)低溫?zé)Y(jié)，有望為 滿足LTCC應(yīng)用需求提供新的候選材料。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 1、利用水溶性溶膠凝膠工藝精細(xì)合成納米2111103介質(zhì)陶瓷前驅(qū)粉體方法，包括以 下步驟，其特征在于：
[0007] 1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液；
[0008] 2)配制Ti的檸檬酸水溶液；
[0009] 3) ZnTiO^質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成；
[0010] (a)將步驟（1)、⑵制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti檸檬酸水溶液混合均勾，然后 加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加入的摩爾量為檸檬酸的4-6倍；加熱、攪拌均勻，獲得 Zn-Ti前驅(qū)體溶膠；
[0011] (b)將步驟（a)制備的Zn-Ti前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，縮水形成干凝膠；
[0012] (c)將步驟（b)的干凝膠置于高溫爐中750°C煅燒處理，即可獲得顆粒均勻的納米 級(jí)ZnTi O3粉體。
[0013] 2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成ZnTiO3介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體 方法，其特征在于：所述步驟1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液包括以下步驟：
[0014] (a)根據(jù)2111103陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，調(diào)整ZnOAiO2摩爾配比為l+x/1/l，其中 X為：0< X < 0. 05 ;首先稱取硝酸鋅，溶于適量去離子水，或者稱量對(duì)應(yīng)化學(xué)計(jì)量比氧化鋅 作為原料，加入硝酸進(jìn)行溶解，形成無(wú)色透明溶液；
[0015] (b)稱取檸檬酸，檸檬酸的摩爾比為硝酸鋅或者氧化鋅4-6倍，加入上述溶液中， 促使檸檬酸與Zn離子形成絡(luò)合物，制成無(wú)色透明Zn離子檸檬酸水溶液。
[0016] 3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成ZnTiO3介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體 方法，其特征在于：所述步驟2)配制Ti的檸檬酸水溶液，包括以下步驟：
[0017] (a)根據(jù)2111103陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，稱取二氧化鈦，置于陶瓷介質(zhì)反應(yīng)釜，加 入氫氟酸后密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫處理1-3小時(shí)，加速溶解，形成無(wú)色透明Ti的共溶 HF酸溶液；
[0018] (b)上述Ti的HF酸溶液中，加入氨水調(diào)整PH值為8-10,促使Ti以鈦酸的形式完 成沉淀；
[0019] (C)過(guò)濾上述沉淀，反復(fù)清洗數(shù)次后置于檸檬酸的水溶液中進(jìn)行磁力攪拌，形成分 散均勻白色檸檬酸懸濁液，其中加入檸檬酸摩爾量為金屬離子總量4-8倍；
[0020] (d)將上述白色檸檬酸懸濁液置于陶瓷介質(zhì)高壓反應(yīng)釜密封，然后利用烘箱進(jìn)行 高溫處理3-6小時(shí)，促使發(fā)生反應(yīng)，促使檸檬酸與Ti進(jìn)行反應(yīng)形成絡(luò)合物溶解，最后形成無(wú) 色透明Ti的混合檸檬酸水溶液。
[0021] 4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成ZnTiO3介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體 方法，其特征在于：所述步驟（2)中，所述步驟（a)和（d)中的烘箱高溫處理的溫度均為 100-150。。。
[0022] 5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成ZnTiO3介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體 方法，其特征在于：所述步驟3)ZnTiO 3陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備包括以下步驟：
[0023] (a)將步驟（1)、⑵制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti檸檬酸水溶液混合均勾，然后 加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加入的摩爾量為檸檬酸用量總量的4-6倍；通過(guò)水浴 60-90°C加熱8-20小時(shí)，并不斷攪拌，保證均勻，獲得Zn-Ti前驅(qū)體溶膠；
[0024] (b)將步驟（3) (a)制備的Zn-Ti前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，縮水形成干凝膠；
[0025] (c)將步驟⑶（b)的干凝膠置于馬弗爐中于750°C煅燒1小時(shí)，即可獲得顆粒均 勾的納米級(jí)ZnTiO 3粉體。
[0026] 6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成納米ZnTiO^質(zhì)陶瓷前驅(qū)粉 體方法，其特征在于：所述步驟3)中所述步驟（b)中的烘箱高溫烘干的溫度為60-90°C，步 驟（c)中的煅燒溫度為750°C。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用價(jià)格低廉的氧化鋅或者硝酸鋅，二氧化鈦?zhàn)鳛?原料，替代昂貴的金屬有機(jī)物醇鹽，以無(wú)機(jī)酸進(jìn)行溶解處理；溶膠凝膠工藝過(guò)程化學(xué)計(jì)量比 控制精確，工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好；基于溶膠凝膠原理，結(jié)合水熱工藝的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)超低溫合成 納米尺度的2111103陶瓷粉體。該技術(shù)合成的微波陶瓷粉體顆粒細(xì)小、均勻，合成溫度低，合 成2]11103介質(zhì)陶瓷物相穩(wěn)定單一，無(wú)雜相干擾，易于實(shí)施摻雜改性；合成ZnTiO3介質(zhì)陶瓷粉 體為納米尺度，具有高比表面積、高比表面能，活性高，易燒結(jié)，能夠滿足LTCC應(yīng)用需求。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明溶膠凝膠工藝制備2111103陶瓷納米前驅(qū)體工藝流程圖，
[0029] 圖2為本發(fā)明Zn-Ti凝膠750°C煅燒后XRD結(jié)果，
[0030] 圖3為本發(fā)明干凝膠750 °C煅燒后TEM形貌圖，
[0031] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 根據(jù)圖1溶膠凝膠工藝制備2111103陶瓷納米前驅(qū)粉體工藝流程圖，具有以下步 驟：
[0034] 1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液
[0035] (a)根據(jù)ZnTiO3微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，調(diào)整ZnO(或者Zn (NO3)2. 6H20)/TiO2 摩爾配比為l+x/l(〇 < X < 0. 05);首先精密天平稱取Zn(N03)2.6H20共8. 9247克，溶于 200ml離子水，磁力攪拌，形成無(wú)色透明溶液；
[0036] (b)稱取檸檬酸34. 58克，加入上述溶液中進(jìn)行攪拌，促使檸檬酸與Zn離子形成絡(luò) 合物，制成無(wú)色透明Zn離子檸檬酸水溶液；
[0037] 2)配制Ti的檸檬酸水溶液
[0038] (a)根據(jù)ZnTiO#波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，分別稱取二氧化鈦0· 8029克，置于 陶瓷介質(zhì)反應(yīng)釜，加入50ml氫氟酸后密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫150°C水熱處理1小時(shí)加 速溶解，形成無(wú)色透明Ti的共溶HF酸溶液；
[0039] (b)上述Ti的HF酸溶液中，加入氨水200ml調(diào)整PH值為10,促使Ti以鈦酸的形 式完成沉淀；
[0040] (C)過(guò)濾上述沉淀，反復(fù)清洗數(shù)次后置于檸檬酸的水溶液中進(jìn)行磁力攪拌，形成分 散均勻白色檸檬酸懸濁液，其中加入檸檬酸摩爾量為46. 11克；
[0041] (d)將上述白色檸檬酸懸濁液置于陶瓷介質(zhì)高壓反應(yīng)釜密封，然后利用烘箱進(jìn)行 高溫150°C處理3小時(shí)促使反應(yīng)，促使檸檬酸與Ti進(jìn)行反應(yīng)形成絡(luò)合物溶解，最后形成無(wú)色 透明Ti的混合檸檬酸水溶液；
[0042] 3) 211〇-1102體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成
[0043] (a)將步驟（1)、（2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti檸檬酸水溶液混合均勻，然后加 入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加量為IOOg ;通過(guò)水浴90°C加熱10小時(shí)，并不斷攪拌，保證 均勻，獲得Zn-Ti前驅(qū)體溶膠；
[0044] (b)將步驟（3) (a)制備的Zn-Ti前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干150°C，縮水形成干 凝膠；
[0045] (c)將步驟⑶（b)的干凝膠置于馬弗爐中于750°C煅燒1小時(shí)，即可獲得顆粒均 勻的納米級(jí)ZnTiO3粉體；見(jiàn)圖2為本發(fā)明