一種釹摻雜鈦酸鋇納米陶瓷粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦酸鋇納米陶瓷粉體的制備方法，尤其涉及一種釹摻雜鈦酸鋇納米粉體的溶膠-水熱制備法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]鈦酸鋇(BaTi03)由于其優(yōu)異的鐵電性，在多層陶瓷電容器(MLCC)、正溫度系數(shù)電阻(PTCR)、傳感器、紅外探測等電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前高介電的鈦酸鋇陶瓷已基本滿足X7R (-25° -125° C，Λ C/C < 15%)型電容器的應(yīng)用要求，對于高性能的陶瓷電容器現(xiàn)已提出了 X8R (-50° -150° C，AC/C < 15%)要求，這就需要對鈦酸鋇進行改性，提高其介電性及電容溫度穩(wěn)定系數(shù)。
[0004]自發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇陶瓷具有較高的介電常數(shù)以來，國內(nèi)外學(xué)者就已經(jīng)對其摻雜改性做了大量研究工作，以提高其介電常數(shù)和介溫穩(wěn)定性，使其滿足電子工業(yè)高精度、高可靠性、大容量和小型化的要求。其中稀土元素的改性作用十分引人注目，由于三價的稀土離子半徑在鋇離子和鈦離子之間，可以取代A或B位，從而控制鈦酸鋇的晶體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)摻雜材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計與性能控制。(Lu, Toda et al.2006)稀土離子摻雜可抑制晶粒生長，提高室溫下的介電常數(shù)，降低容溫變化率，提高耐壓強度，并且稀土對提高抗還原型介電材料的壽命有極其重要的作用。
[0005]最常見的制備稀土釹摻雜鈦酸鋇陶瓷粉體的方法是傳統(tǒng)固相燒結(jié)法，即將BaC03、Ti02、Nd203等按一定的摩爾比混合并于1250~1400° C的高溫條件下鍛燒(Lee, Jo et al.2012)。但傳統(tǒng)固相燒結(jié)法得到的粉體純度低，粒度分布不均，進行微量元素摻雜更易導(dǎo)致?lián)诫s不均勻。一般濕法合成鈦酸鋇納粉體的方法有溶膠-凝膠法，水熱法，共沉淀法等。溶膠-凝膠法得到的粉體均勻，組分易控制，但需要進一步煅燒處理，會導(dǎo)致顆粒的團聚與長大。而水熱法能直接得到超細的鈦酸鋇納米粉體，避免了煅燒過程中發(fā)生的硬團聚，采用水熱法合成釹摻雜的鈦酸鋇陶瓷粉體，具有合成溫度低、純度高、結(jié)晶性好、粉體粒徑分布均勻、而且組分均勻易控制等優(yōu)點，同時合成的鈦酸鋇納米粉體的活性較高，在較低的溫度下可以燒成得到致密的鈦酸鋇陶瓷。采用溶膠-水熱法合成超細的釹摻雜鈦酸鋇納米粉體對于提高鈦酸鋇基陶瓷的介電性和低溫燒結(jié)精細陶瓷都有很高的使用價值。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用溶膠-水熱法制備釹摻雜鈦酸鋇納米陶瓷粉體的方法，該方法避免了傳統(tǒng)固相法引起的摻雜元素分布不均勻，在較低溫度下即可以得到高純、超細的單分散的釹摻雜鈦酸鋇納米陶瓷粉體。
[0008]技術(shù)方案為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的釹摻雜鈦酸鋇納米陶瓷粉體的制備方法包括以下步驟:
步驟一:稱取無水乙醇，按無水乙醇的體積分成兩部分，將其中2/3體積的無水乙醇與Ti (C4H90)4粉體充分混合配成原溶液，再將其中1/3體積的無水乙醇與適量的HNO 3和去離子水充分混合配成滴加溶液，其中各反應(yīng)物摩爾比為Ti (C4H90)4:C 2H50H:H20:HN03=1:18:3:0.06 ；
步驟二:邊攪拌步驟一制備得到的原溶液，邊緩慢向其中滴入步驟一制備得到的滴加溶液，形成Ti02溶膠；
步驟三:按照乙酸鋇與Ti02摩爾量之比為2~4，稱取一定量的乙酸鋇放入聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，并加入適量的去離子水；
步驟四:稱取步驟二所得的Ti02溶膠倒入步驟三中的聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，得到混合液；
步驟五:向步驟四中得到的混合液中加入KOH溶液，調(diào)節(jié)溶液的堿度至l~6mol/L ;步驟六:將Nd203溶解在稀硝酸中配制成濃度為0.lmol/L的Nd(N0 3)3溶液，再向步驟五中調(diào)節(jié)堿度后的混合液中加入適量的Nd(N03)3溶液，使整個內(nèi)襯中的Nd摻量在0.5mol%~ 3mol%之間，得到混合前驅(qū)體；
步驟七:將步驟六得到的混合前驅(qū)體用磁力攪拌器攪拌20分鐘，將裝有攪拌均勻溶液的內(nèi)襯放入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封后放入高溫烘箱，在160~220° C反應(yīng)0~48小時；步驟八:待反應(yīng)完成并降至室溫后打開不銹鋼高壓反應(yīng)釜，用去離子水和無水乙醇反復(fù)抽濾、洗滌反應(yīng)物至中性；
步驟九:將洗滌得到的反應(yīng)物放入冰箱中冷凍，待完全凍結(jié)后，放入冷凍干燥機中干燥18h最終得到單分散的釹摻雜鈦酸鋇納米粉體。
[0009]
有益效果
本發(fā)明的釹摻雜鈦酸鋇納米陶瓷粉體制備方法簡易方便，其先將Nd203配制成Nd (NO 3) 3溶液，加入反應(yīng)物前驅(qū)體溶液中攪拌均勻，從而避免了直接加入Nd203固體粉末弓I起的摻雜不均勻；同時由于水熱條件下鋇鈦比及堿度可調(diào)，可以對產(chǎn)物進行成分控制；采用冷凍干燥避免了粉體在高溫烘干時引起的團聚，可以得到分散性良好的納米粉體。
[0010]
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例一中的Nd摻雜鈦酸鋇粉體的XRD圖譜；
圖2為本發(fā)明實施例一種的Nd摻雜鈦酸鋇粉體的場發(fā)射掃描電鏡圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合實施例對發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步說明。
[0014]實施例一:
步驟一:將0.05mol鈦酸四丁酯加入到0.3mol無水乙醇中攪拌配成原溶液，將0.6mol的無水乙醇與0.003mol的硝酸及0.15mol的去離子水充分混合配成滴加溶液，將滴加溶液緩慢滴入攪拌著的原溶液中，得到Ti02溶膠；
步驟二:稱取3.649g的乙酸鋇放入聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，并加入40ml的去離子水；
步驟三:取10ml步驟一所得的Ti02溶膠倒入步驟二中的聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中；
步驟四:向步驟三中得到的混合液中加入適量的KOH溶液，調(diào)節(jié)溶液的堿度為lmol/
L ；
步驟五:將Nd203溶解在稀硝酸中配制成濃度為0.lmol/L的Nd(N03)3溶液，向步驟四中得到的混合液中加入0.35mlNd(N03)3溶液，使整個內(nèi)襯中的Nd摻雜量為0.5mol% ;
步驟六:將步驟五得到的混合前驅(qū)體用磁力攪拌器攪拌20min，將裝有攪拌均勻溶液的內(nèi)襯放入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封后放入高溫烘箱，在200° C反應(yīng)16h;
步驟七:待反應(yīng)完成并降至室溫后打開反應(yīng)釜，用去離子水和無水乙醇反復(fù)抽濾、洗滌至中性；
步驟八:將洗滌得到的反應(yīng)物放入冰箱中冷凍，待完全凍結(jié)后，放入冷凍干燥機中干燥18h最終得到單分散的Nd摻雜鈦酸鋇納米粉體。
[0015]由圖1的XRD圖譜可以看出，采用上述方法制得的鈦酸鋇納米粉體具有良好的結(jié)晶性。
[0016]
實施例二:
步驟一:將0.05mol鈦酸四丁酯加入到0.3mol無水乙醇中攪拌配成原溶液，將
0.6mol的無水乙醇與0.003mol的硝酸及0.15mol的去離子水充分混合配成滴加溶液，將滴加溶液緩慢滴入攪拌著的原溶液中，得到Ti02溶膠；
步驟二:稱取3.649g的乙酸鋇放入聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，并加入40ml的去離子水；
步驟三:取10ml步驟一所得的Ti02溶膠倒入步驟二中的聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中；
步驟四:向步驟三中得到的混合液中加入適量的Κ0Η溶液，調(diào)節(jié)溶液的堿度為lmol/
L ；
步驟五:將Nd203溶解在稀硝酸中配制成濃度為0.lmol/L的Nd(N0 3)3溶液，向步驟四中得到的混合液中加入0.7mlNd(N03)3溶液，使整個內(nèi)襯中的Nd摻雜量為lmol% ;
步驟六:將步驟五得到的混合前驅(qū)體用磁力攪拌器攪拌20min，將裝有攪拌均勻溶液的內(nèi)襯放入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封后放入高溫烘箱，在200° C反應(yīng)16h;
步驟七:待反應(yīng)完成并降至室溫后打開反應(yīng)釜，用去離子水和無水乙醇反復(fù)抽濾、洗滌至中性；
步驟八:將洗滌得到的反應(yīng)物放入冰箱中冷凍，待完全凍結(jié)后，放入冷凍干燥機中干燥18h最終得到單分散的Nd摻雜鈦酸鋇納米粉體。
[0017]由圖2的掃描電鏡圖可以看出，采用上述方法得到的鈦酸鋇納米粉體尺寸分布均勻，并且具有良好的分散性。
【主權(quán)項】
1.一種釹摻雜鈦酸鋇納米陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，包括下列步驟: 步驟一:稱取無水乙醇，按無水乙醇的體積分成兩部分，將其中2/3體積的無水乙醇與Ti (C4H90)4粉體充分混合配成原溶液，再將其中1/3體積的無水乙醇與適量的HNO 3和去離子水充分混合配成滴加溶液，其中各反應(yīng)物摩爾比為Ti (C4H90)4:C 2H50H:H20:HN03=1:18:3:0.06 ； 步驟二:邊攪拌步驟一制備得到的原溶液，邊緩慢向其中滴入步驟一制備得到的滴加溶液，形成Ti02溶膠； 步驟三:按照乙酸鋇與Ti02摩爾量之比為2~4，稱取一定量的乙酸鋇放入聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，并加入適量的去離子水； 步驟四:稱取步驟二所得的Ti02溶膠倒入步驟三中的聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，得到混合液； 步驟五:向步驟四中得到的混合液中加入KOH溶液，調(diào)節(jié)溶液的堿度至l~6mol/L ;步驟六:將Nd203溶解在稀硝酸中配制成濃度為0.lmol/L的Nd(N0 3)3溶液，再向步驟五中調(diào)節(jié)堿度后的混合液中加入適量的Nd(N03)3溶液，使整個內(nèi)襯中的Nd摻量在0.5mol%~ 3mol%之間，得到混合前驅(qū)體； 步驟七:將步驟六得到的混合前驅(qū)體用磁力攪拌器攪拌20分鐘，將裝有攪拌均勻溶液的內(nèi)襯放入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封后放入高溫烘箱，在160~220° C反應(yīng)0~48小時；步驟八:待反應(yīng)完成并降至室溫后打開不銹鋼高壓反應(yīng)釜，用去離子水和無水乙醇反復(fù)抽濾、洗滌反應(yīng)物至中性； 步驟九:將洗滌得到的反應(yīng)物放入冰箱中冷凍，待完全凍結(jié)后，放入冷凍干燥機中干燥18h最終得到單分散的釹摻雜鈦酸鋇納米粉體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種釹摻雜鈦酸鋇納米陶瓷粉體的制備方法，包括制備含Ti(C4H9O)4的滴加溶液步驟、TiO2溶膠制備步驟、TiO2溶膠與乙酸鋇混合步驟、調(diào)節(jié)堿度步驟、混合前驅(qū)體制備步驟、水熱反應(yīng)步驟和洗滌冷凍烘干步驟，本發(fā)明制備方法簡易方便，其先將Nd2O3配制成Nd(NO3)3溶液，加入反應(yīng)物前驅(qū)體溶液中攪拌均勻，從而避免了直接加入Nd2O3固體粉末引起的摻雜不均勻；同時由于水熱條件下鋇鈦比及堿度可調(diào)，可以對產(chǎn)物進行成分控制；采用冷凍干燥避免了粉體在高溫烘干時引起的團聚，可以得到分散性良好的納米粉體。
【IPC分類】C04B35/468, C04B35/626
【公開號】CN105254295
【申請?zhí)枴緾N201510685389
【發(fā)明人】朱孔軍, 孫巧梅, 古其林, 王婧, 劉勁松, 裘進浩
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月20日