專利名稱：一種水熱法制備鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備方法，具體涉及一種水熱法制備鋰鈮 鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能 的陶瓷，是近30年來發(fā)展起來的一種新型功能陶瓷材料，是介質(zhì)材料的一個新領(lǐng)域。它適 用于制作各種微波器件，如電子對抗、導(dǎo)航、通訊、雷達、家用衛(wèi)星直播電視接收機和移動電 話等設(shè)備中的穩(wěn)頻振蕩器、濾波器等，與金屬相比，它具有高介電常數(shù)、低微波損耗、溫度系 數(shù)小等優(yōu)良性能，能滿足微波電路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。隨著移動通 信的發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷的研究必將日益受到人們的重視。鋰鈮鈦體系在某組分范圍內(nèi)能形成固溶體Li1YyNb1^yTixt4yO3 (M相)。M相具有較 低的燒結(jié)溫度(1100°C )和良好的微波介電特性介電常數(shù)ε , = 55 78，品質(zhì)因數(shù)QXf 可達9000GHz，頻率溫度系數(shù)τ f可調(diào)，近年來弓丨起人們的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是一種具有巨大 應(yīng)用價值的新型微波介質(zhì)陶瓷材料(參考文獻Borisevich A Y, Davies P K, "Microwave dielectric properties of Li1+x_yNb^rfyTixt4yO3 (Μ = Nb5+, Ta5+) solid solutions”, Journal of the European Ceramic Society，2001，21 :1719_1722.)。在鋰鈮鈦微波介質(zhì)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《Journal of the American Ceramic Society)) 2006 年第 5 期第 1733-1735 頁，Yo Yamamoto 在《Journal of Crystal Growth》2004年第2期第445-451頁，以及張啟龍在《硅酸鹽學(xué)報》2005年第7期第793-798 頁上分別采用固相Ti02、Li2C03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(xué)合成法來講，傳統(tǒng)固相合成法制備的粉體顆粒粗大、純度不高、燒結(jié) 活性低，而且易導(dǎo)致Ti還原，劣化性能等缺點。水熱法是指在水熱反應(yīng)高壓釜中采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過對體系加熱、加 壓、或自生蒸氣壓創(chuàng)造一個相對高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并 且重結(jié)晶而進行無機合成的方法。水熱法是制備超細(xì)粉體的重要化學(xué)方法，顯示出超越傳 統(tǒng)固相法的許多優(yōu)點，包括合成周期短、成分控制準(zhǔn)確以及由于液相前驅(qū)體混合帶來的分 子水平上的良好均勻性等，有利于提高材料的介電性能。

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，提供一種水熱法制備鋰鈮鈦微波介質(zhì) 陶瓷粉體的方法，該方法工藝簡單、生產(chǎn)成本低，可獲得純度高、粒徑分布均勻、比表面積大 的鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體。水熱法制備鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的方法，包括以下步驟(1)將原料鈦酸丁酯、碳酸鋰、氧化鈮按照化學(xué)計量比LinyNb1T3yTixt4yO3配料，其 中 0. 05 彡 χ 彡 0. 15,0. 075 ^ y ^ 0. 1 ；
(2)將步驟(1)所配料加入水熱反應(yīng)高壓釜中，然后加入去離子水?dāng)嚢?，同時添加 氨水調(diào)節(jié)PH值；(3)在上述反應(yīng)物中加入分散劑，并攪拌均勻，然后將反應(yīng)高壓釜密封；(4)以1 5°C /min的速度升溫到水熱溫度100 150°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)高壓釜壓力在 10 30MPa,反應(yīng)時間6 12h ；(5)反應(yīng)結(jié)束后，待高壓釜內(nèi)溫度降至室溫，取出反應(yīng)粉體，用去離子水反復(fù)沖洗 過濾，將過濾后的粉體烘干得到白色粉體；(6)將上述白色粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在700 1000°C煅燒，得到鋰鈮 鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體。所述的制備方法，其特征在于，所述的pH值在9 11間。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。采用上述工藝，可以得到分散良好的超細(xì)鋰鈮鈦微波介質(zhì)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)通過水熱過程所制備的鋰鈮鈦粉末具有粒徑可調(diào)(200 600nm)、粒徑分布較 窄、分散性良好等優(yōu)點。與傳統(tǒng)固相法相比，避免了第二相和雜質(zhì)的引入，在分子水平上確 保材料和陶瓷的均質(zhì)性；(2)本方法工藝路線簡單，不使用有機溶劑或有機反應(yīng)物，反應(yīng)時間短、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。


圖1為實施例2所得粉體的X射線衍射圖譜。
具體實施例方式實施例1稱量Imol鈦酸丁酯，Imol碳酸鋰，0. 6mol氧化鈮，加入到水熱反應(yīng)高壓釜中，量取 IOOml去離子水，用玻璃棒輕輕攪拌，同時添加氨水調(diào)節(jié)pH值到10，稱取20g聚丙烯酸銨鹽 加入到高壓釜中，攪拌均勻后密封高壓釜。以1°C /min的速度升溫到水熱溫度100°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)高壓釜壓力到lOMPa，反應(yīng)時 間6h后關(guān)閉高壓釜電源，待高壓釜內(nèi)溫度降至室溫后取出反應(yīng)粉體，用去離子水反復(fù)沖洗 過濾，將過濾后的粉體烘干得到白色粉體。將上述混合粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在700°C煅燒，得到白色粉末，即為 本發(fā)明的鋰鈮鈦微波介質(zhì)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。實施例2稱量Imol鈦酸丁酯，1. 2mol碳酸鋰，0. 7mol氧化鈮，加入到水熱反應(yīng)高壓釜中，量 取120ml去離子水，用玻璃棒輕輕攪拌，同時添加氨水調(diào)節(jié)pH值到10，稱取22g聚丙烯酸銨 鹽加入到高壓釜中，攪拌均勻后密封高壓釜。
以2°C /min的速度升溫到水熱溫度120°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)高壓釜壓力到20MPa，反應(yīng)時 間8h后關(guān)閉高壓釜電源，待高壓釜內(nèi)溫度降至室溫后取出反應(yīng)粉體，用去離子水反復(fù)沖洗 過濾，將過濾后的粉體烘干得到白色粉體。將上述混合粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在800°C煅燒，得到白色粉末，即為 本發(fā)明的鋰鈮鈦微波介質(zhì)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300 400nm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Liia75Nba 625Tia45O315實施例3稱量Imol鈦酸丁酯，0. 95mol碳酸鋰，0. 5mol氧化鈮，加入到水熱反應(yīng)高壓釜中， 量取115ml去離子水，用玻璃棒輕輕攪拌，同時添加氨水調(diào)節(jié)pH值到10，稱取22. 5g聚羧酸 銨鹽加入到高壓釜中，攪拌均勻后密封高壓釜。以4°C /min的速度升溫到水熱溫度130°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)高壓釜壓力到20MPa，反應(yīng)時 間IOh后關(guān)閉高壓釜電源，待高壓釜內(nèi)溫度降至室溫后取出反應(yīng)粉體，用去離子水反復(fù)沖 洗過濾，將過濾后的粉體烘干得到白色粉體。將上述混合粉體研磨、過篩，放入高鋁坩堝中，在800°C煅燒，得到白色粉末，即為 本發(fā)明的鋰鈮鈦微波介質(zhì)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300 400nm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Liu5Nba55Tia55O315實施例4稱量Imol鈦酸丁酯，1. 2mol碳酸鋰，0. 8mol氧化鈮，加入到水熱反應(yīng)高壓釜中，量 取IlOml去離子水，用玻璃棒輕輕攪拌，同時添加氨水調(diào)節(jié)pH值到11，稱取21. 5g聚羧酸銨 鹽加入到高壓釜中，攪拌均勻后密封高壓釜。以5°C /min的速度升溫到水熱溫度150°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)高壓釜壓力到30MPa，反應(yīng)時 間IOh后關(guān)閉高壓釜電源，待高壓釜內(nèi)溫度降至室溫后取出反應(yīng)粉體，用去離子水反復(fù)沖 洗過濾，將過濾后的粉體烘干得到白色粉體。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(zhì)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Liu2Nba66Tia42O31權(quán)利要求
一種水熱法制備鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將原料鈦酸丁酯、碳酸鋰、氧化鈮按照化學(xué)計量比Li1+x yNb1 x 3yTix+4yO3配料，其中0.05＜x＜0.15，0.075＜y＜0.1；(2)將步驟(1)所配料加入水熱反應(yīng)高壓釜中，然后加入去離子水?dāng)嚢?，同時添加氨水調(diào)節(jié)pH值；(3)在上述反應(yīng)物中加入分散劑，并攪拌均勻，然后將反應(yīng)高壓釜密封；(4)以1～5℃/min的速度升溫到水熱溫度100～150℃，調(diào)節(jié)反應(yīng)高壓釜壓力在10～30MPa，反應(yīng)時間6～12h；(5)達到反應(yīng)時間后取出高壓釜中的粉體，用去離子水反復(fù)沖洗過濾，將過濾后的粉體烘干得到白色粉體；(6)將上述白色粉體放入高鋁坩堝中，在700～1000℃煅燒，得到鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的PH值在9 11間。
3.根據(jù)權(quán)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。
全文摘要
本發(fā)明涉及材料學(xué)科的微波介質(zhì)陶瓷領(lǐng)域，具體涉及一種水熱法制備鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的方法，其技術(shù)方案是將鈦酸丁酯、碳酸鋰、氧化鈮加入高壓釜中，然后加入去離子水?dāng)嚢?，添加氨水調(diào)節(jié)pH值，添加分散劑后攪拌均勻，隨后按照一定的升溫速度到達反應(yīng)溫度，調(diào)節(jié)高壓釜中的壓力，反應(yīng)結(jié)束后取出粉體，所得粉體反復(fù)沖洗過濾后烘干，在一定溫度下煅燒，得到本發(fā)明的陶瓷粉體。本發(fā)明合成粉體粒度均勻，工藝簡單穩(wěn)定，而且避免了傳統(tǒng)方法中易混入雜質(zhì)等缺點，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C04B35/495GK101935216SQ201010279159
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月29日
發(fā)明者平航, 李紹純, 王永強, 耿永娟 申請人:青島理工大學(xué)