專利名稱：一種利用Ti凝膠合成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的制備方法，具體涉及一種利用Ti凝膠合 成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的方法，屬于材料科學技術領域。
背景技術：
微波介質陶瓷是指應用于微波頻段電路中作為介質材料并完成一種或多種功能 的陶瓷，是現(xiàn)代通信廣泛使用的諧振器、濾波器、介質導波回路等微波元器件的關鍵材料。 目前微波介質陶瓷發(fā)展十分迅猛，已在移動電話、電視衛(wèi)星接受器、軍事雷達及全球衛(wèi)星定 位系統(tǒng)(GPS)等方面有著十分重要的應用，在現(xiàn)代通訊工具的小型化、集成化過程中正發(fā) 揮著越來越大的作用。鋰鈮鈦體系是一種固有燒結溫度較低的微波介質陶瓷材料體系，由于具有優(yōu) 異的介電性能，近年來引起人們的廣泛關注，被認為是一種具有巨大應用價值的新型 微波介質陶瓷材料。Borisevich A Y 和 Davies P K 在 Crystalline Structure and Dielectric Properties of Li^^Nb^^Ti^yOg M-Phase Solid Solution [J] [Journal of the American Ceramic Society, 2002,85 (3) :573_578.] —文中公開了該體系中一種 Liu75Nba 625Tia45O3微波介質陶瓷的介電特性介電常數(shù)er = 55 78，品質因數(shù)QXf可 達9000GHz，頻率溫度系數(shù)可調。在鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的制備上，目前主要采用 的是固相合成法。例如，Zeng Qun在《Materials Letters》2006年第60期第3203-3206 頁，Dong Heon Kang 在〈〈Journal of the European Ceramic Society〉〉2006 年第 26 期第 2117-2121頁，以及張啟龍在《硅酸鹽學報》2005年第7期第793-798頁上分別采用固相 TiO2^Li2CO3和Nb2O5粉體為原料，通過混合球磨，然后煅燒合成鋰鈮鈦陶瓷粉體。相對于濕 化學合成法來講，固相合成法存在粒子尺寸大、純度不高以及化學活性不是很好的缺點。但至今為止，尚未見有采用各類濕化學方法合成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的報 道。本專利利用Ti凝膠合成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體，首先采用溶膠-凝膠法制備Ti凝 膠，然后在Ti凝膠中混合碳酸鋰、氧化鈮，最后進一步合成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體。本方 法可減少或避免傳統(tǒng)方法中的第二相的生成，有利于提高材料的介電性能。另外，利用這種 方法能夠得到比表面面積大、顆粒分布均勻、活性高的粉體，可大大降低陶瓷的燒結溫度并 縮短燒結周期，而且材料的介電性能也有所提高，可望廣泛應用于各類電子陶瓷粉體的制 備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服固相合成法的缺點，提供一種利用Ti凝膠合成鋰鈮鈦微 波介質陶瓷粉體的制備方法，該方法工藝簡單、生產(chǎn)成本低、能耗小，可獲得粒徑分布均勻、 比表而積大的鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體。溶膠-凝膠法合成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的制備方法，包括以下步驟(1)原料采用鈦酸丁酯，將鈦酸丁酯溶于無水乙醇與冰醋酸的混合溶液中，形成鈦酸丁酯的無水乙醇與冰醋酸混合溶液，添加硝酸調節(jié)混合溶液的PH值；(2)將上述制得的混合溶液攪拌均勻、密封，靜置于20 50°C下，得到均勻透明的 Ti凝膠；將凝膠在60 90°C的烘箱中干燥，得到松散的凝膠塊體；(3)將上述Ti凝膠塊體與碳酸鋰、氧化鈮按照Li Nb Ti的摩爾比為 1.075 0.625 0. 45的比例混合，裝入球磨罐中；(4)在球磨罐中添加一定量的磨球、球磨介質與分散劑，球磨混合12 24h，80 100。C烘干，將烘干的粉料研磨、過篩，獲得混合均勻的混合粉料；(5)將上述混合粉料放入高鋁坩堝中，在900 1100°C煅燒，得到鋰鈮鈦微波介質 陶瓷粉體。所述的鈦酸丁酯在混合溶液中的濃度在1 3mol/l之間。所述的冰醋酸與乙醇的體積比在0 3之間。所述的pH值在2 4之間。所述的磨球與混合料的重量比在1.5 3 1之間。所述的球磨介質為無水乙醇或水。所述的分散劑為聚丙烯酸銨鹽、聚丙烯酸鈉鹽、聚羧酸銨鹽、聚羧酸鈉鹽中的一種 或幾種。制備的鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體為Liu75Nba 625Tia45O315采用上述工藝，可以得到分散良好的超細鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體，與傳統(tǒng)固相 合成法相比，顆粒的粒徑分布有顯著改善。本發(fā)明的制備方法具有以下特點(1)通過溶膠-凝膠過程形成Ti凝膠，避免了第二相和雜質的引入，在分子水平上 確保材料和陶瓷的均質性；(2)得到的鋰鈮鈦粉體具有粒徑可調(200 600nm)、粒徑分布較窄、分散性良好 等特點，并且可在800°C煅燒后得到鋰鈮鈦陶瓷粉體，大大降低了合成溫度。(3)本發(fā)明工藝路線簡單，不需要特殊設備，材料的制備成本低、工藝穩(wěn)定、重現(xiàn)性 好，有利于進一步促進鋰鈮鈦材料的發(fā)展。


附圖為實施例1所得粉體的X射線衍射圖譜。
具體實施例方式實施例1取Imol的鈦酸丁酯與200ml無水乙醇混合，然后加入200ml冰醋酸，同時滴加 65% 68%的濃硝酸調節(jié)溶液pH值為2。將上述溶液攪拌20min后密封，靜置于30°C水 浴中，得到均勻透明的凝膠，將凝膠取出放入托盤中在60°C下干燥24h，得到松散的脆性物 質。將上述松脆物質研磨，同時添加88. 4g碳酸鋰，184. 6g氧化鈮，然后裝入球磨罐 中。往球磨罐中添加710g的&02磨球、無水乙醇與5g聚丙烯酸銨鹽，球磨混合12h，將球 磨后的粉體取出在80°C烘干12h，得到混合粉體。將上述混合粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在900°C煅燒，得到白色粉末，即為本發(fā)明的鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體。上述粉體經(jīng)SEM與激光粒度分析，粉體平均粒徑在200 300nm之間，粒子的分散 性好；X射線衍射分析表明粉體的主晶相為Liu75Nba 625Tia45O3，如圖1所示。實施例2取Imol的鈦酸丁酯與200ml無水乙醇混合，然后加入250ml冰醋酸，同時滴加 65% 68%的濃硝酸調節(jié)溶液pH值為3。將上述溶液攪拌20min后密封，靜置于40°C水 浴中，得到均勻透明的凝膠，將凝膠取出放入托盤中在60°C下干燥24h，得到松散的脆性物 質。將上述松脆物質研磨，同時添加88. 4g碳酸鋰，184. 6g氧化鈮，然后裝入球磨罐 中。往球磨罐中添加710g的&02磨球、無水乙醇與8g聚丙烯酸銨鹽，球磨混合12h，將球 磨后的粉體取出在80°C烘干12h，得到混合粉體。將上述混合粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在900°C煅燒，得到白色粉末，即為 本發(fā)明的鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體。上述粉體經(jīng)SEM與激光粒度分析，粉體平均粒徑在200 300nm之間，粒子的分散 性好；X射線衍射分析表明粉體的主晶相為Liu75Nba 625Tia45CV實施例3取1. 5mol的鈦酸丁酯與200ml無水乙醇混合，然后加入300ml冰醋酸，同時滴加 65% 68%的濃硝酸調節(jié)溶液pH值為3。將上述溶液攪拌20min后密封，靜置于50°C水 浴中，得到均勻透明的凝膠，將凝膠取出放入托盤中在60°C下干燥24h，得到松散的脆性物 質。將上述松脆物質研磨，同時添加132. 6g碳酸鋰，276. 9g氧化鈮，然后裝入球磨罐 中。往球磨罐中添加IlOOg的&02磨球、無水乙醇與5g聚羧酸銨鹽，球磨混合12h，將球磨 后的粉體取出在90°C烘干10h，得到混合粉體。將上述混合粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在1000°C煅燒，得到白色粉術，即為 本發(fā)明的鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體。上述粉體經(jīng)SEM與激光粒度分析，粉體平均粒徑在400 500nm之間，粒子的分散 性好；X射線衍射分析表明粉體的主晶相為Liu75Nba 625Tia45CV實施例4取2mol的鈦酸丁酯與200ml無水乙醇混合，然后加入300ml冰醋酸，同時滴加 65% 68%的濃硝酸調節(jié)溶液pH值為4。將上述溶液攪拌20min后密封，靜置于60°C水 浴中，得到均勻透明的凝膠，將凝膠取出放入托盤中在80°C下干燥24h，得到松散的脆性物 質。將上述松脆物質研磨，同時添加176. 8g碳酸鋰，369. 2g氧化鈮，然后裝入球磨罐 中。往球磨罐中添加1500g的&02磨球、去離子水與8g聚羧酸銨鹽，球磨混合12h，將球磨 后的粉體取出在90°C烘干12h，得到混合粉體。將上述混合粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在1100°c煅燒，得到白色粉末，即為 本發(fā)明的鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體。上述粉體經(jīng)SEM與激光粒度分析，粉體平均粒徑在400 600nm之間，粒子的分散 性好；X射線衍射分析表明粉體的主晶相為Liu75Nba 625Tia45CV
權利要求
一種利用Ti凝膠合成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)原料采用鈦酸丁酯，將鈦酸丁酯溶于無水乙醇與冰醋酸的混合溶液中，形成鈦酸丁酯的無水乙醇與冰醋酸混合溶液，添加硝酸調節(jié)混合溶液的pH值；(2)將上述制得的混合溶液攪拌均勻、密封，靜置于20～50℃下，得到均勻透明的Ti凝膠；將凝膠在60～90℃的烘箱中干燥，得到松散的凝膠塊體；(3)將上述Ti凝膠塊體與碳酸鋰、氧化鈮按照Li∶Nb∶Ti的摩爾比為1.075∶0.625∶0.45的比例混合，裝入球磨罐中；(4)在球磨罐中添加一定量的磨球、球磨介質與分散劑，球磨混合12～24h，80～100℃烘干，將烘干的粉料研磨、過篩，獲得混合均勻的混合粉料；(5)將上述混合粉料放入高鋁坩堝中，在900～1100℃煅燒，得到鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的鈦酸丁酯在混合溶液中的濃 度在1 3mol/l之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的冰醋酸與乙醇的體積比在0 3之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的pH值在2 4之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的磨球與混合料的重量比在 1. 5 3 1之間。
6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的球磨介質為無水乙醇或水。
7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的分散劑為聚丙烯酸銨鹽、聚丙 烯酸鈉鹽、聚羧酸銨鹽、聚羧酸鈉鹽中的一種或幾種。
8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法制備的鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體為Lil. 075^0. 25TI0. 45^3。
全文摘要
本發(fā)明涉及材料學科的微波介質陶瓷領域，具體涉及一種利用Ti凝膠合成鋰鈮鈦微波介質陶瓷粉體的方法，該方法選用鈦酸丁酯、碳酸鋰、氧化鈮為原料，將鈦酸丁酯溶于無水乙醇與冰醋酸的混合溶液中，添加硝酸調節(jié)pH值；所得溶液攪拌均勻，密封靜置后得到Ti凝膠，所得凝膠干燥后進行研磨；按Li∶Nb∶Ti的摩爾比為1.075∶0.625∶0.45將碳酸鋰與氧化鈮添加到凝膠粉體中，然后以無水乙醇為介質球磨混合，所得粉體干燥、煅燒，得到本發(fā)明的陶瓷粉體。該方法合成工藝簡單，在常溫下工藝穩(wěn)定，可重復性強，具有廣泛的應用前景。
文檔編號C04B35/462GK101935210SQ20101027915
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月29日 優(yōu)先權日2010年8月29日
發(fā)明者平航, 張莉, 李紹純, 王永強, 耿永娟 申請人:青島理工大學