專利名稱：制備四方相鈦酸鋇納米粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子原材料制備領(lǐng)域，特別涉及用低溫燃燒法制備產(chǎn)品的一種制備四方相鈦酸鋇納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋇作為一種重要的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的電子陶瓷材料，有三種晶型存在立方相、四方相和六方相。其中四方相由于具有壓電性、鐵電性和熱電性而成為應(yīng)用最廣的一種晶型。傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法，由于其產(chǎn)品純度低，粒徑大，組分均一性差，不能滿足電子陶瓷生產(chǎn)的需要已被淘汰；常用的制備方法是將首先合成的草酸氧鈦鋇粉體經(jīng)900℃熱分解，得到四方相鈦酸鋇粉體。由于經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚?，不可避免地?dǎo)致粉體粒徑的長(zhǎng)大，此法獲得的鈦酸鋇粉末的平均粒徑為亞微米或微米級(jí)，不能得到納米級(jí)粉體；低溫濕化學(xué)合成方法，如水熱法、溶膠-凝膠法和檸檬酸法等，雖然能得到納米級(jí)鈦酸鋇，但多為立方相，甚至含有少量碳酸鋇的雜相，需要進(jìn)一步的高溫?zé)崽幚聿拍艿玫剿姆较?，而且由于原料較昂貴和對(duì)反應(yīng)裝置較高要求，造成成本過(guò)高，不利于大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備四方相鈦酸鋇納米粉體的方法，其特征在于該方法是用預(yù)先制得的硝酸氧鈦與硝酸鋇溶液、檸檬酸水溶液，硝酸銨水溶液按一定比例混合后，在90-100℃溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)，干燥成褐色粘稠膠狀物質(zhì)，點(diǎn)火燃燒，幾分鐘內(nèi)反應(yīng)完畢，生成疏松的白色粉末，即是白色鈦酸鋇粉體。其制備的工藝過(guò)程如下1).硝酸氧鈦TiO(NO3)2的制備以TiCl4為T(mén)i源，TiCl4逐滴加入0～5℃冷水中，TiCl4與水的體積比為1∶5，加入與TiCl4體積比1∶100的1.5摩爾/升的氨水，得到白色的含水TiO2沉淀物TiO2·nH2O；加入與TiCl4體積比1∶1.22的濃硝酸，低溫下充分?jǐn)嚢柚涟咨恋砦锶咳芙鉃橥该魅芤海蚍旁诹愣纫韵逻M(jìn)行冷藏，至得到透明溶液，即為硝酸氧鈦TiO(NO3)2溶液；
2).硝酸鋇水溶液、檸檬酸水溶液、硝酸銨水溶液和自制硝酸氧鈦溶液按一定比例混合；3).混合液pH值加入氨水調(diào)pH值至6～7范圍內(nèi)；4).加熱蒸發(fā)將前面的混合液保持在90～100℃溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)，直至水份蒸干，得到褐色粘稠狀物質(zhì)；5).點(diǎn)火燃燒點(diǎn)火溫度約300℃，在10分鐘內(nèi)便可反應(yīng)完成，生成白色的疏松體，即是白色的鈦酸鋇粉體；6).粉碎生成的粉體不經(jīng)研磨即可粉碎，直接過(guò)篩，經(jīng)X射線衍射分析為四方相鈦酸鋇，不含立方相鈦酸鋇，其粒徑在納米級(jí)。
所述硝酸鋇、硝酸氧鈦、檸檬酸、硝酸銨的比例按1∶1∶(2～5)∶(6～30)摩爾比混合。
本發(fā)明達(dá)到的有益效果1.制備工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易控制。2.使用本方法制備的納米鈦酸鋇不需進(jìn)行晶型的高溫?zé)崽幚磙D(zhuǎn)化，直接燃燒生成四方相的粉體，克服了現(xiàn)有技術(shù)中需經(jīng)過(guò)高溫處理方法的不足。3.控制制備工藝條件，可以得到最小粒徑約為50納米量級(jí)的鈦酸鋇，無(wú)殘留的無(wú)定形碳和碳酸鹽。4.純度高，在X射線衍射譜圖中不含立方相鈦酸鋇和碳酸鋇的衍射峰。


圖1為制備四方相鈦酸鋇納米粉體的工藝流程圖；圖2為產(chǎn)品的X射線衍射分析譜圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是采用低溫燃燒工藝的一種制備四方相鈦酸鋇納米粉體的方法。該方法是用預(yù)先制得的硝酸氧鈦溶液與硝酸鋇溶液、檸檬酸水溶液，硝酸銨水溶液按一定比例混合后，在90-100℃溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)，干燥得褐色粘稠狀物質(zhì)，點(diǎn)火燃燒，幾分鐘內(nèi)反應(yīng)完畢，生成疏松的白色粉末，即是白色鈦酸鋇粉體。其制備的工藝過(guò)程如下1).硝酸氧鈦TiO(NO3)2的制備以TiCl4為T(mén)i源，TiCl4逐滴加入冷水中(0～5℃)，TiCl4與水的體積比為1∶5，加入與TiCl4體積比1∶100的1.5摩爾/升的氨水，得到白色的含水TiO2沉淀物TiO2·nH2O；加入與TiCl4為體積比1∶1.22的濃硝酸，在低溫下，充分?jǐn)嚢柚涟咨恋砦锶咳芙鉃橥该鞯娜芤?，或放置在零度以下冷藏，至得到透明溶液，即為硝酸氧鈦TiO(NO3)2溶液；2).硝酸鋇水溶液、檸檬酸水溶液、硝酸銨水溶液和自制硝酸氧鈦溶液按比例為1∶1∶(2～5)∶(6～30)摩爾比混合。
3).混合液pH值加入氨水調(diào)pH值至6～7范圍內(nèi)，可以保證加熱蒸發(fā)混合溶液的整個(gè)過(guò)程中都保持溶液的澄清，從而保證組分的均勻；4).加熱蒸發(fā)溫度保持在90～100℃直至水份蒸干，得到褐色粘稠膠狀物質(zhì)，在此溫度范圍內(nèi)既保持了溶液中離子狀態(tài)的穩(wěn)定，又加快了蒸發(fā)速度；5).點(diǎn)火燃燒點(diǎn)火溫度約300℃在10分鐘內(nèi)便可反應(yīng)完成，生成白色的疏松體，即是白色的鈦酸鋇粉體；6).粉碎生成的粉體不經(jīng)研磨即可粉碎，直接過(guò)篩，經(jīng)X射線衍射分析，為四方相鈦酸鋇，不含立方相鈦酸鋇，其粒徑在納米級(jí)。
下面再舉例對(duì)本發(fā)明方法予以說(shuō)明實(shí)施例110ml四氯化鈦逐滴加入50ml冰水中，形成四氯化鈦水溶液，再加入1升1.5摩爾/升的氨水，形成白色含水TiO2沉淀，在冰浴環(huán)境下，用12.2ml濃硝酸溶解。如果暫時(shí)不能溶解，可以將其在冰柜中低溫放置，可以實(shí)現(xiàn)溶解。這樣得到的是透明硝酸氧鈦溶液。硝酸鋇、硝酸氧鈦、檸檬酸和硝酸銨以1∶1∶3∶17摩爾比混合，其混合水溶液用氨水調(diào)節(jié)pH值至6～7，然后在95℃加熱蒸發(fā)，直至水份蒸干，呈褐色粘稠狀物質(zhì)，并伴隨有氣泡冒出，點(diǎn)火溫度約300℃點(diǎn)燃，迅速燃燒，幾分鐘內(nèi)反應(yīng)結(jié)束，生成蓬松的白色鈦鋇粉體，不用研磨，直接過(guò)篩。如圖2X射線衍射圖中(S2)所示，X射線衍射分析結(jié)果表明，粉體為四方相鈦酸鋇，不含立方相鈦酸鋇和碳酸鋇的衍射峰。有一定程度的團(tuán)聚，晶粒大小50nm左右。
實(shí)施例2硝酸鋇、硝酸氧鈦、檸檬酸和硝酸銨以1∶1∶2∶8摩爾比混合，其它同實(shí)施例1。如圖2X射線衍射圖中(S1)所示，X射線衍射分析結(jié)果表明，粉體為四方相鈦酸鋇，不含立方相鈦酸鋇和碳酸鋇的衍射峰。晶粒大小50～80nm左右。
實(shí)施例3硝酸鋇、硝酸氧鈦、檸檬酸和硝酸銨以1∶1∶4∶26摩爾比混合，其它同實(shí)施例1。如圖2X射線衍射圖中(S3)所示，X射線衍射分析結(jié)果表明，粉體為四方相鈦酸鋇，不含立方相鈦酸鋇和碳酸鋇的衍射峰。晶粒大小100～150nm左右。
圖2為用本發(fā)明提供的方法制備的鈦酸鋇納米晶的X射線衍射圖，圖中出現(xiàn)的(001)、(100)、(200)、(102)、(112)、(211)等衍射雙峰，是四方相鈦酸鋇的特征衍射峰。
權(quán)利要求
1.一種制備四方相鈦酸鋇納米粉體的方法，其特征在于該方法是用預(yù)先制得的硝酸氧鈦與硝酸鋇溶液、檸檬酸水溶液，硝酸銨水溶液按一定比例混合后，在90-100℃溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)，干燥得褐色粘稠狀物質(zhì)，點(diǎn)火燃燒，幾分鐘內(nèi)反應(yīng)完畢，生成疏松的白色粉末，即是白色鈦酸鋇粉體。其制備的工藝過(guò)程如下1).硝酸氧鈦TiO(NO3)2的制備以TiCl4為T(mén)i源，TiCl4逐滴加入0～5℃冷水中，TiCl4與水的體積比為1∶5，加入與TiCl4體積比1∶100的1.5摩爾/升的氨水，得到白色的含水TiO2沉淀物TiO2·nH2O；加入與TiCl4體積比1∶1.22的濃硝酸，低溫下充分?jǐn)嚢柚涟咨恋砦锶咳芙鉃橥该魅芤?，或放在零度以下進(jìn)行冷藏，至得到透明溶液，即為硝酸氧鈦TiO(NO3)2溶液；2).硝酸鋇水溶液、檸檬酸水溶液、硝酸銨水溶液和自制硝酸氧鈦溶液按一定比例混合；3).混合液pH值加入氨水調(diào)pH值至6～7范圍內(nèi)；4).加熱蒸發(fā)將前面的混合液保持在90～100℃溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)，直至水份蒸干，得到褐色粘稠狀物質(zhì)；5).點(diǎn)火燃燒點(diǎn)火溫度約300℃，在10分鐘內(nèi)便可反應(yīng)完成，生成白色的疏松體，即是白色的鈦酸鋇粉體；6).粉碎生成的粉體不經(jīng)研磨即可粉碎，直接過(guò)篩，經(jīng)X射線衍射分析為四方相碳酸鋇，不含立方相鈦酸鋇，其粒徑在納米級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備四方相鈦酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述硝酸鋇、硝酸氧鈦、檸檬酸、硝酸銨的比例按1∶1∶(2～5)∶(6～30)摩爾比混合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于電子原材料制備領(lǐng)域的一種制備鈦酸鋇納米粉體的方法，該方法是先配制硝酸氧鈦溶液，并與硝酸鋇、檸檬酸和硝酸銨的水溶液按一定比例混合均勻，加熱蒸發(fā)成膠體物，點(diǎn)火燃燒，生成疏松的白色四方相鈦酸鋇粉末，其粉徑在納米量級(jí)。本發(fā)明方法工藝參數(shù)易控制，產(chǎn)品粒度可用控制工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整，產(chǎn)品純度高，經(jīng)X射線頻譜分析，其譜圖中不含立方相鈦酸鋇和碳酸鋇譜峰。本方法制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便、設(shè)備投資不大，適合工業(yè)大生產(chǎn)使用。
文檔編號(hào)C04B35/462GK1390806SQ0212392
公開(kāi)日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月10日
發(fā)明者張中太, 羅紹華, 唐子龍, 堯巍華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)