一種制備pzt壓電陶瓷粉體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，首先是按照Pb(ZrxTi1-x)O3化學(xué)計(jì)量比分別量取配制好的四氯化鈦、氧氯化鋯、硝酸鉛水溶液，先將四氯化鈦和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中于水浴鍋中預(yù)熱，在劇烈攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，攪拌后加入濃氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為9，保溫后離心，并用混合溶劑洗滌2~3次，然后將沉淀置入混合溶劑中，加入礦化劑后磁力攪拌分散，然后于130~190℃烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)2~20h，再經(jīng)離心，分別用去離子水、乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，所得濾餅經(jīng)過(guò)干燥、封袋并置于干燥器中保存。本發(fā)明可以制備出粒徑均勻，晶體發(fā)育完整的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的亞微米級(jí)的PZT粉體。
【專利說(shuō)明】—種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，尤其是涉及一種運(yùn)用溶劑熱法制備亞微米級(jí)的PZT粉體的方法，屬于壓電陶瓷制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷是具有壓電效應(yīng)的陶瓷，所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這最早是被法國(guó)居里兄弟在十九世紀(jì)八十年代發(fā)現(xiàn)的，后來(lái)被命名為正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。這種奇妙的效應(yīng)已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用在與人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動(dòng)、頻率控制、存儲(chǔ)等功能。鈣鈦礦型的鋯鈦酸鉛(PZT)具有剩余極化大、成本低、處理溫度低、易于摻雜改性等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用最廣泛的壓電材料。制備微米級(jí)粉體的方法較多，例如溶劑熱法、水熱合成法、溶膠凝膠法和傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法等。傳統(tǒng)的固相法制備PZT粉體存在顆粒粗、反應(yīng)活性低、制品燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、燒結(jié)過(guò)程容易引起晶粒異常長(zhǎng)大等缺點(diǎn)，而濕法(溶劑熱法和水熱法)制備的粉體結(jié)晶度好、團(tuán)聚少、燒結(jié)活性高，在制備高純、均一、超細(xì)的多組分粉體方面顯示了令人振奮的前景，正得到越來(lái)越多的重視。
[0003]近年來(lái)，水熱法已在幾類功能無(wú)機(jī)材料的合成獲得成功，這些無(wú)機(jī)物包括固體快離子導(dǎo)體、化學(xué)傳感材料、復(fù)合氧化物電子材料、鐵氧體磁性材料、非線性光學(xué)材料等。此外，水熱法又是特種凝聚態(tài)材料如微孔材料、納米材料、非晶態(tài)無(wú)機(jī)膜和單晶的重要的合成方法。溶劑熱法是在水熱法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種中低溫液相制備固體材料的新技術(shù)。此技術(shù)利用水熱法的原理，將水換成有機(jī)物的水溶液，再在反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)。溶劑熱法反應(yīng)條件溫和，不僅能在相對(duì)低溫環(huán)境生成缺陷少、粒徑可控的晶體，而且由于有機(jī)溶劑的存在，會(huì)增加納米材料的反應(yīng)活性。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效抑制PZT粉體的團(tuán)聚以及不均勻性的制備PZT壓電陶瓷粉體的方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其中，PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3, x, y分別為Zr，Ti元素在材料組分ZrxTiy中所占的質(zhì)量百分比，且y=l_x，其特征在于，包括以下步驟:
(O配置四氯化鈦水溶液、氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液；
(2)按照PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3的化學(xué)計(jì)量比分別量取步驟(1)配置的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，然后將的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中，并于5(T70°C的水浴鍋中預(yù)熱5~lOmin，再在1500r/min的攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，然后攪拌l(T20min后加入濃度為25%的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為8~10，得到混合液；(3)將步驟(2)制備得到的混合液保溫20-40min，然后離心，得到的濾餅利用混合溶劑洗滌2~3次，然后再次置于混合溶劑中，并加入礦化劑，所述的礦化劑在混合液中的濃度為
0.5~4mol/L，然后經(jīng)磁力攪拌分散25~35min，得到前驅(qū)物漿料；
(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)物漿料放入反應(yīng)釜于130-l90°C烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)2~20h，得到懸浮液；
(5)將步驟(4)得到的懸浮液離心，然后分別用去離子水、10%的乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，濾餅在70-90°C干燥，封袋并置于干燥器中保存，得到PZT壓電陶瓷粉體。
[0006]進(jìn)一步，所述的四氯化鈦水溶液的配置方法為:將去離子水固化而成的冰塊加入到燒杯中，加入50ml濃度為37%的鹽酸，用移液管準(zhǔn)確量取14ml四氯化鈦液體，在磁力攪拌狀態(tài)下緩慢加入四氯化鈦，最后得到澄清透明的溶液，所述的四氯化鈦溶液為在冰箱中冷卻的溶液，整個(gè)配置過(guò)程在冰水混合物狀態(tài)中進(jìn)行，然后將混合物轉(zhuǎn)移到250ml容量瓶中，緩慢加入去離子水至刻度線，搖勻，得到0.5ml/L的四氯化鈦水溶液然后放到干燥器中存放備用。
[0007]而所述的混合溶劑為醇水比為為2:1-1:2的混合溶劑。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，能夠得到粒徑均勻、晶體發(fā)育完整的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的亞微米級(jí)的PZT粉體，且所制得的鋯鈦酸鉛Pb(ZrxTiy)O3(y=l-x)超細(xì)粉體粒徑在0.1~1 μ m。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的介紹。
[0010]以下實(shí)施例中，所述的四氯化鈦水溶液的配置方法為:將去離子水固化而成的冰塊加入到燒杯中，加入50ml的鹽酸，用移液管準(zhǔn)確量取14ml四氯化鈦液體，在磁力攪拌狀態(tài)下緩慢加入四氯化鈦，最后得到澄清透明的溶液，所述的四氯化鈦溶液為在冰箱中冷卻的溶液，整個(gè)配置過(guò)程在冰水混合物狀態(tài)中進(jìn)行，最后得到250ml的0.5mol/L的四氯化鈦水溶液，然后放到干燥器中存放備用。
[0011]而所述的混合溶劑為醇水比為2:1-1:2的混合溶劑。
[0012]實(shí)施例1:
一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其中，PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3, x, y分別為Zr，Ti元素在材料組分ZrxTiy中所占的質(zhì)量百分比，且y=l_x，包括以下步驟:
(O配置四氯化鈦水溶液、氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液；
(2)按照PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3的化學(xué)計(jì)量比分別量取步驟(1)配置的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，然后將的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中，并于60°C的水浴鍋中預(yù)熱5min,再在1500r/min的攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，然后攪拌10min后加入濃度為25%的濃氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為9，得到混合液；
(3)將步驟(2)制備得到的混合液保溫20min，然后離心，得到的濾餅利用醇水比為1:1混合溶劑洗滌2次，然后再次置于醇水比為1:1混合溶劑中，并加入礦化劑，所述的礦化劑在混合液中的濃度為0.5mol/L,然后經(jīng)磁力攪拌分散25min,得到前驅(qū)物衆(zhòng)料；
(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)物漿料放入反應(yīng)釜于170°C烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)8h，得到懸浮液；
(5)將步驟(4)得到的懸浮液離心，然后分別用去離子水、10%的乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，濾餅在70°C干燥，封袋并置于干燥器中保存，由X射線衍射的特征峰得出產(chǎn)物為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PZT壓電陶瓷粉體，由掃描電鏡得出粉體粒徑均勻，晶體發(fā)育完整，其粒徑約為0.5μπι。
[0013]實(shí)施例2:
一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其中，PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3, x, y分別為Zr，Ti元素在材料組分ZrxTiy中所占的質(zhì)量百分比，且y=l_x，包括以下步驟:
(O配置四氯化鈦水溶液、氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液；
(2)按照PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3的化學(xué)計(jì)量比分別量取步驟(1)配置的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，然后將的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中，并于70°C的水浴鍋中預(yù)熱8min，再在1500r/min的攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，然后攪拌15min后加入質(zhì)量百分含量為25%的濃氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為9，得到混合液；
(3)將步驟(2)制備得到的混合液保溫35min，然后離心，得到的濾餅利用醇水比為1:1混合溶劑洗滌3次，然后再次置于醇水比為1:1混合溶劑中，并加入礦化劑，所述的礦化劑在混合液中的濃度為2mol/L，然后經(jīng)磁力攪拌分散35min，得到前驅(qū)物漿料；
(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)物漿料放入反應(yīng)釜于150°C烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)2h，得到懸浮液；`
(5)將步驟(4)得到的懸浮液離心，然后分別用去離子水、10%的乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，濾餅在70°C干燥，封袋并置于干燥器中保存。由X射線衍射的特征峰得出產(chǎn)物為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PZT壓電陶瓷粉體，由掃描電鏡得出粉體粒徑均勻，晶體發(fā)育完整，其粒徑約為0.3μπι。
[0014]實(shí)施例3:
一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其中，PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3, x, y分別為Zr，Ti元素在材料組分ZrxTiy中所占的質(zhì)量百分比，且y=l_x，包括以下步驟:
(O配置四氯化鈦水溶液、氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液；
(2)按照PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3的化學(xué)計(jì)量比分別量取步驟(1)配置的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，然后將的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中，并于60°C的水浴鍋中預(yù)熱7min，再在1500r/min的攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，然后攪拌15min后加入質(zhì)量百分含量為25%的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為10，得到混合液；
(3)將步驟(2)制備得到的混合液保溫25min，然后離心，得到的濾餅利用醇水比為1:1混合溶劑洗滌3次，然后再次置于醇水比為1:1混合溶劑中，并加入礦化劑，所述的礦化劑在混合液中的濃度為4mol/L，然后經(jīng)磁力攪拌分散30min，得到前驅(qū)物漿料；
(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)物漿料放入反應(yīng)釜于130°C烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)2h，得到懸浮液；
(5)將步驟(4)得到的懸浮液離心，然后分別用去離子水、10%的乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，濾餅在70°C干燥，封袋并置于干燥器中保存，由X射線衍射的特征峰得出產(chǎn)物為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PZT壓電陶瓷粉體，由掃描電鏡得出粉體粒徑均勻，晶體發(fā)育完整，其粒徑約為0.2μπι。
[0015]實(shí)施例4:
一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其中，PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3, x, y分別為Zr，Ti元素在材料組分ZrxTiy中所占的質(zhì)量百分比，且y=l_x，包括以下步驟:
(O配置四氯化鈦水溶液、氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液；
(2)按照PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3的化學(xué)計(jì)量比分別量取步驟(1)配置的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，然后將的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中，并于70°C的水浴鍋中預(yù)熱5min,再在1500r/min的劇烈攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，然后攪拌15min后加入質(zhì)量百分含量為25%的濃氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為9，得到混合液；
(3)將步驟(2)制備得到的混合液保溫35min，然后離心，得到的濾餅利用醇水比為1:1混合溶劑洗滌3次，然后再次置于醇水比為2:1混合溶劑中，并加入礦化劑，所述的礦化劑在混合液中的濃度為4mol/L，然后經(jīng)磁力攪拌分散25min，得到前驅(qū)物漿料；
(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)物漿料放入反應(yīng)釜于190°C烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)2h，得到懸浮液；
(5)將步驟(4)得到的懸浮液離心，然后分別用去離子水、10%的乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，濾餅在70°C干燥，封袋并置于干燥器中保存，由X射線衍射的特征峰得出產(chǎn)物為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PZT壓電陶瓷粉體，由掃描電鏡得出粉體粒徑均勻，晶體發(fā)育完整，其粒徑約為0.1 μ m。
·[0016]實(shí)施例5:
一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其中，PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3, x, y分別為Zr，Ti元素在材料組分ZrxTiy中所占的質(zhì)量百分比，且y=l_x，包括以下步驟:
(O配置四氯化鈦水溶液、氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液；
(2)按照PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3的化學(xué)計(jì)量比分別量取步驟(1)配置的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，然后將的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中，并于50°C的水浴鍋中預(yù)熱IOmin,再在1500r/min的劇烈攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，然后攪拌20min后加入質(zhì)量百分含量為25%的濃氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為8，得到混合液；
(3)將步驟(2)制備得到的混合液保溫30min，然后離心，得到的濾餅利用醇水比為1:1混合溶劑洗滌3次，然后再次置于醇水比為1:2混合溶劑中，并加入礦化劑，所述的礦化劑在混合液中的濃度為6mol/L，然后經(jīng)磁力攪拌分散30min，得到前驅(qū)物漿料；
(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)物漿料放入反應(yīng)釜于150°C烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)18h，得到懸浮液；
(5)將步驟(4)得到的懸浮液離心，然后分別用去離子水、10%的乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，濾餅在70°C干燥，封袋并置于干燥器中保存，由X射線衍射的特征峰得出產(chǎn)物為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PZT壓電陶瓷粉體，由掃描電鏡得出粉體粒徑均勻，晶體發(fā)育完整，其粒徑約為I μ m。。
[0017]本發(fā)明按照上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等
同替換或等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其中，PZT粉體的表達(dá)式為:Pb(ZrxTiy)O3, x, y分別為Zr，Ti元素在材料組分ZrxTiy中所占的質(zhì)量百分比，且y=l_x，其特征在于，包括以下步驟: (1)配置四氯化鈦水溶液、氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，其中，所述的四氯化鈦水溶液的摩爾濃度為0.5mol/L，氧氯化鋯水溶液的摩爾濃度為lmol/L，硝酸鉛水溶液的摩爾濃度為2mol/L ； (2)按照PZT粉體的表達(dá)式為=Pb(ZrxTiy)O3的化學(xué)計(jì)量比分別量取步驟(1)配置的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液和硝酸鉛水溶液，然后將的四氯化鈦水溶液和氧氯化鋯水溶液加入三頸瓶中，并于5(T70°C的水浴鍋中預(yù)熱5~lOmin，再在1500r/min的攪拌條件下逐滴加入硝酸鉛水溶液，然后攪拌l(T20min后加入濃度為25%的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值為8~10，得到混合液； (3)將步驟(2)制備得到的混合液保溫2(T40min，然后離心，得到的濾餅利用混合溶劑洗滌2~3次，然后再次置于混合溶劑中，并加入礦化劑，所述的礦化劑在混合液中的濃度為0.5~4mol/L，然后經(jīng)磁力攪拌分散25~35min，得到前驅(qū)物漿料； (4)將步驟(3)得到的前驅(qū)物漿料放入反應(yīng)釜于13(Tl90°C烘箱中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)2~20h，得到懸浮液； (5)將步驟(4)得到的懸浮液離心，然后分別用去離子水、10%的乙酸溶液、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，濾餅在80°C干燥，封袋并置于干燥器中保存，得到PZT壓電陶瓷粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其特征在于，所述的四氯化鈦水溶液的配置方法為:將去離子水固化而成的冰塊加入到燒杯中，加入50ml濃度為37%的鹽酸，用移液管準(zhǔn)確量取14ml四氯化鈦液體，在磁力攪拌狀態(tài)下緩慢加入四氯化鈦，最后得到澄清透明的溶液，所述的四氯化鈦溶液為在冰箱中冷卻的溶液，整個(gè)配置過(guò)程在冰水混合物狀態(tài)中進(jìn)行，然后將混合物轉(zhuǎn)移到250ml容量瓶中，緩慢加入去離子水至刻度線，搖勻，得到0.5ml/L的四氯化鈦水溶液然后放到干燥器中存放備用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備PZT壓電陶瓷粉體的方法，其特征在于，所述的混合溶劑為醇水比為為2:1-1:2的混合溶劑。
【文檔編號(hào)】C04B35/491GK103864422SQ201410041576
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】楊志峰, 王士維, 王根水, 周志勇, 劉少華, 韓曉春 申請(qǐng)人:江蘇南瓷絕緣子股份有限公司