一種鈮酸鹽片狀模板粉體的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無鉛壓電陶瓷粉體的合成方法，尤其涉及一種以片狀鈮酸鹽為模板的粉體材料的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷是重要的高技術(shù)功能陶瓷材料，然而目前市場上使用的大多是鋯鈦酸鉛(PZT)及其在此基礎(chǔ)上的摻雜改性的壓電陶瓷，(PbO)氧化鉛的大量使用給人類及生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害，而鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷作為無鉛壓電陶瓷研究的體系之一，具有非常優(yōu)秀的電光性能和熱釋電性，近年來受到廣泛重視。
[0003]在2004年的世界頂級期刊自然雜志上，鈮酸鹽系織構(gòu)化陶瓷通過采用模板晶粒生長法(RTGG)獲得了與傳統(tǒng)含鉛壓電陶瓷相媲美的性能被重點報導(dǎo)，并引起轟動。在文章中所用到的鈮酸鹽模板制備方法是兩步熔鹽法，第一步將Bi203、Na2CO3以及Nb 205三種原料按照Bi2.5Na3.5Nb50ls(BiNN5)的化學(xué)計量比配料并進(jìn)行10小時左右的濕法混合，再加入NaCl繼續(xù)混合，再經(jīng)過干燥，過篩之后，轉(zhuǎn)移至高溫坩禍中進(jìn)行合成，溫度為1100°C，合成產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，以除去產(chǎn)物中的鹽，得到BiNN5晶粒。第二步，將第一步得到的Β?ΝΝ5晶粒與他2(:03按照一定化學(xué)計量比進(jìn)行配料混合，幾小時后加入NaCl繼續(xù)混合，經(jīng)過干燥后，將其混合粉料放入高溫坩禍中進(jìn)行置換反應(yīng)，反應(yīng)溫度為950°C ο最后，仍然需要用離子水反復(fù)清洗，得到最終的模板粉體。
[0004]在上述整個模板粉體制備的過程中涉及到多個高溫反應(yīng)過程，然而這些過程高污染、高能耗、且效率低，另外，混合過程較為復(fù)雜，清洗環(huán)節(jié)也較為繁瑣。
[0005]為了從清潔環(huán)保，且具有經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，本發(fā)明考慮到要從根本上改變模板粉體的制備工藝，進(jìn)而采用更適于量產(chǎn)的水熱合成方法，該方法近年來在納米材料，高性能陶瓷材料的制備及合成方面得到廣泛應(yīng)用。它通常是指以水、乙醇或者其它液體為溶劑，在溫度大于100°C，壓力大于1Mpa的條件下完成對材料的制備研究方法，且該方法所合成的粉體顆粒均勻，反應(yīng)活性，純度及結(jié)晶性等性能均能得到有效提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡單、便于量產(chǎn)、避免繁瑣工序的鈮酸鹽片狀模板粉體的合成方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種鈮酸鹽片狀模板粉體的合成方法，包括如下步驟:
[0008](I)制備鈮酸鹽前驅(qū)體溶液；
[0009](2)將所述鈮酸鹽前驅(qū)體溶液置于高壓反應(yīng)容器內(nèi)，于30?200°C下反應(yīng)I?24h，冷卻、過濾，對沉淀產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、干燥，制得鈮酸鹽片狀模板粉體。
[0010]其中30?200°C優(yōu)選為30?180°C，進(jìn)一步優(yōu)選為30?150°C，更進(jìn)一步優(yōu)選為30?100°C，進(jìn)一步優(yōu)選為30?80°C ；
[0011]反應(yīng)時間I?24h優(yōu)選為5?20h，進(jìn)一步優(yōu)選為10?15h。
[0012]其中，步驟(2)中，所述鈮酸鹽前驅(qū)體溶液在高壓反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)溫度為30?50。。。
[0013]其中，步驟(I)包括如下步驟:
[0014](Ia)配制原料；以K0H、Na0H、Nb205、表面活性劑為原料進(jìn)行配制，其中以高壓反應(yīng)容器內(nèi)襯容量為50mL計，Nb2O5的質(zhì)量為1.0?1.30g，OH的濃度為4?6mol/L ；K/Na的摩爾比為0.5?3.5，表面活性劑為0.01?0.05g ；
[0015](Ib)前驅(qū)體溶液的制備；按配比分別將K0H、Na0H、Nb205置于裝有20?40mL去離子水的容器A中，攪拌，制得原料懸浮液；按配比將表面活性劑置于裝有5?20mL去離子水的容器B中，攪拌，制得表面活性劑溶液；將所述表面活性劑溶液滴加至原料懸浮液中，攪拌，制得鈮酸鹽前驅(qū)體溶液。
[0016]其中，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0017]其中，驟(Ib)中，制備表面活性劑溶液的攪拌時間為10?20min。
[0018]其中，步驟(Ib)中，制備鈮酸鹽前驅(qū)體溶液的攪拌時間為10?20min。
[0019]其中，步驟(Ib)中，采用滴管將表面活性劑溶液滴加至原料懸浮液中。
[0020]其中，步驟(2)中，所述鈮酸鹽前驅(qū)體溶液的加入量為高壓反應(yīng)容器容積的70?85%。
[0021]其中，步驟(2)中，所述洗滌是指用去離子水或無水乙醇洗滌沉淀產(chǎn)物至中性；
[0022]優(yōu)選的，所述干燥是指于50?80°C下烘干6?12h ;
[0023]優(yōu)選的，在干燥之后還包括分段煅燒處理并降溫，所述分段煅燒的各煅燒階段的溫度為:第一階段25?100°C，優(yōu)選為30?80°C，進(jìn)一步優(yōu)選50?70°C ;第二階段100?150 °C，優(yōu)選為110?140 °C，更進(jìn)一步優(yōu)選120?135 °C ;第三階段150?500 °C，優(yōu)選為200?450°C，進(jìn)一步優(yōu)選為250?400°C，更進(jìn)一步優(yōu)選為300?350°C ;第四階段500?800°C，優(yōu)選為500?700°C，進(jìn)一步優(yōu)選為500?650°C，更進(jìn)一步優(yōu)選為500°C ;第五階段降溫至室溫。
[0024]其中，所述高壓反應(yīng)容器為采用聚四氟乙烯為內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本合成方法在低于常規(guī)水熱反應(yīng)的溫度(甚至是接近于室溫的超低溫度)下水熱合成出鈮酸鹽結(jié)晶水合物，以此作為模板粉體并引入到無鉛壓電材料領(lǐng)域。由于本鈮酸鹽片狀模板粉體制作過程簡單、清潔且環(huán)保，進(jìn)而有效節(jié)省實驗成本，便于量產(chǎn)。
[0026]雖然本合成方法水熱反應(yīng)的溫度低于常規(guī)水熱反應(yīng)的溫度，但是同樣獲得了常規(guī)水熱反應(yīng)高溫下獲得的形貌。因水熱反應(yīng)溫度低，甚至于接近室溫，本合成方法更清潔、環(huán)保。
[0027]本發(fā)明通過水熱法制備的鈮酸鹽模板粉體過程非常簡單，其在接近室溫的條件下即可合成出具有特殊形貌的鈮酸鉀鈉粉體。粉體顆粒分布均勻，其粒徑最佳約為7?8 μπι(其中，粒徑可通過改變合成條件加以控制)。另外，后期煅燒過程只需要I次且溫度較低。
[0028]本合成方法是水熱合成鈮酸鹽模板粉體的一項重大發(fā)現(xiàn)，即區(qū)別于常規(guī)高溫的傳統(tǒng)水熱法，也避免了熔鹽法的繁冗程序以及高成本、高能耗的過程，使得鈮酸鹽模板粉體的量產(chǎn)成為可能。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明實施例1制備的鈮酸鉀鈉結(jié)晶水化物的X射線衍射圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實施例1制備的鈮酸鉀鈉結(jié)晶水化物的掃描電鏡圖；
[0031]圖3為本發(fā)明實施例1制備的鈣鈦礦型鈮酸鉀鈉模板粉體的掃描電鏡圖；
[0032]圖4為本發(fā)明實施例2制備的鈮酸鉀鈉結(jié)晶水化物的X射線衍射圖；
[0033]圖5為本發(fā)明實施例2制備的鈮酸鉀鈉結(jié)晶水化物的掃描電鏡圖；
[0034]圖6為本發(fā)明實施例3制備的鈮酸鉀鈉結(jié)晶水化物的X射線衍射圖；
[0035]圖7為本發(fā)明實施例3制備的鈮酸鉀鈉結(jié)晶水化物的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0037]實施例1
[0038]本實施例的鈮酸鹽片狀模板粉體的合成方法，包括如下步驟:
[0039](I)制備鈮酸鹽前驅(qū)體溶液，具體操作包括如下分步驟:
[0040](Ia)配制原料；以K0H、Na0H、Nb2O5、表面活性劑——十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)為原料進(jìn)行配制，各原料的添加量如下:
[0041]選定高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯容量為50mL，0H濃度