專(zhuān)利名稱(chēng)：一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于堿土金屬鈦酸鹽粉體技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉 體及其制備方法。
背景技術(shù)：
堿土金屬鈦酸鹽產(chǎn)品憑借優(yōu)異的物理、光學(xué)和化學(xué)等性能，在電子陶瓷領(lǐng)域占據(jù) 重要位置。電子陶瓷材料的優(yōu)良性能要通過(guò)其特殊的化學(xué)組成和微觀(guān)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，粉體制 備是第一步，其品質(zhì)直接影響陶瓷材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子 元器件的小型、輕量和薄型化成為趨勢(shì)，對(duì)鈦酸鹽納米粉體提出了越來(lái)越高的要求。如顆粒 細(xì)、純度高、尺寸分布均勻、無(wú)團(tuán)聚等。因此，高純、超細(xì)、化學(xué)均勻和成分可控及燒結(jié)活性大 的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體制備技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。迄今為止，人們提出了許多制備堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的方法，但這些方法都 不同程度地存在著一些不足。傳統(tǒng)的制備方法是固相反應(yīng)法，即將原料混合、研磨后進(jìn)行高 溫煅燒，使其發(fā)生固相反應(yīng)，然后再磨細(xì)得到一定顆粒尺度的粉體。固相反應(yīng)法所用設(shè)備簡(jiǎn) 單、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但在研磨過(guò)程中易引入雜質(zhì)、造成材料純度下降，而且 得到的粉體顆粒尺寸分布范圍寬、難以控制產(chǎn)品的均勻性，另外，粉體的結(jié)晶性和燒結(jié)性等 方面也存在一定的不足。針對(duì)固相法存在的缺點(diǎn)，人們發(fā)展了一系列濕化學(xué)制備方法。如沉淀法、溶膠-凝 膠法、水熱法等，所制備的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體具有純度高、活性大等特點(diǎn)，采用這些 粉體作為原料有可能使陶瓷材料具有優(yōu)異的性能。但是，這些合成方法也存在一些問(wèn)題。 沉淀法是利用適當(dāng)?shù)某恋韯┦够旌系慕饘冫}溶液反應(yīng)生成組成均勻的沉淀，熱分解得到高 純粉體材料。該法反應(yīng)條件溫和、前驅(qū)體煅燒溫度低，但在制備過(guò)程中操作條件的微小變化 和體系局部PH值得改變，往往對(duì)產(chǎn)物的理化性能產(chǎn)生較大影響，并易引入雜質(zhì)，因此，其反 應(yīng)過(guò)程要求非常嚴(yán)格。溶膠-凝膠法一般采用堿土金屬醇鹽作為原料，按反應(yīng)化學(xué)計(jì)量比 溶解在醇中，或用堿土金屬無(wú)機(jī)鹽與含鈦醇鹽為原料，在一定條件下形成溶膠，陳化、烘干 的凝膠前驅(qū)體經(jīng)過(guò)熱處理就得到了堿土金屬鈦酸鹽粉體。該法制得的粉體具有純度高、分 散性好、粒度小等優(yōu)點(diǎn)。但醇鹽成本很高，容易吸潮水解，并且存在熱處理易導(dǎo)致粉體團(tuán)聚、 工藝條件不易控制等缺點(diǎn)。水熱法則需借助高壓釜，在一定溫度和壓力下合成粉體。該法 的最大優(yōu)點(diǎn)是，能夠在較低的溫度下，直接從溶液中獲得晶粒發(fā)育完整的粉末，粉體的純度 高、化學(xué)成分均勻、粒徑小、粒子尺寸分布好。但是，水熱法有時(shí)需要采用與溶膠-凝膠法相 同的價(jià)格較高的前驅(qū)體，在制備過(guò)程中需要較高的壓力，設(shè)備要求嚴(yán)格，并且需要非常精確 地控制反應(yīng)體系的PH值，否則容易出現(xiàn)其他雜相。最近發(fā)展起來(lái)的微波加熱法、超聲分散 法、溶劑熱法、噴熱分解法等，仍處于實(shí)驗(yàn)室探索階段。綜上所述，目前針對(duì)堿土金屬鈦酸鹽納米粉體所采用的制備方法，存在前驅(qū)體價(jià) 格昂貴、合成工藝復(fù)雜、合成過(guò)程不易控制、易引入雜相等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，目的是提供一種成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、合 成過(guò)程易于控制的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是先將7 30wt %的二氧化鈦、50 70wt %的硼砂(Na2B4O7 · IOH2O)和10 30wt %的堿土金屬氫氧化物混合均勻，以5 15°C / 分的升溫速率加熱至1000 1200°C，保溫1 3小時(shí)，得到均勻熔體；再將均勻熔體采用 對(duì)輥冷卻法冷卻，獲得非晶態(tài)玻璃鱗片，或再將均勻熔體進(jìn)行水淬，獲得非晶態(tài)玻璃顆粒； 然后將非晶態(tài)玻璃鱗片或非晶態(tài)玻璃顆粒在630 680°C條件下保溫1 5小時(shí)，先后用 10 %的稀醋酸和去離子水進(jìn)行洗滌，干燥，即得堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。在上述技術(shù)方案中洗滌過(guò)程所產(chǎn)生的廢水經(jīng)蒸餾后，所得粉末按化學(xué)計(jì)量作為 原料再次使用；堿土金屬氫氧化物為氫氧化鈣、或?yàn)闅溲趸V、或?yàn)闅溲趸^；由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所提供的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方 法，具有以下突出特點(diǎn)1、制備工藝簡(jiǎn)單，不需要昂貴的設(shè)備；2、原料易得；3、制備過(guò)程易于控制，晶型、晶粒形貌和粒徑等參數(shù)可以通過(guò)改變熱處理制度進(jìn) 行調(diào)節(jié)；4、粉體產(chǎn)物純度高，粒度分布均勻，制得的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的顆粒直徑 為 40 80nm ；5、有利于環(huán)境保護(hù)，粉體洗滌過(guò)程中產(chǎn)生的廢水可循環(huán)用于粉體制備。因此。本發(fā)明具有成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、合成過(guò)程易于控制的特點(diǎn)，所制備的堿 土金屬鈦酸鹽納米粉體純度高，粒度分布均勻。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。實(shí)施例1一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法。先將7 12wt%的二氧化鈦、60 70wt%的硼砂(Nei2B4O7 ·IOH2O)和20 30wt%的氫氧化鋇混合均勻，以5 10°C /分的升 溫速率加熱至1000 1100°C，保溫1 2小時(shí)，得到均勻熔體；再將均勻熔體采用對(duì)輥冷卻 法冷卻，獲得非晶態(tài)玻璃鱗片；然后將非晶態(tài)玻璃鱗片在650 680°C條件下保溫1 2. 5 小時(shí)，先后用10%的稀醋酸和去離子水進(jìn)行洗滌，干燥，即得堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。本實(shí)施例的洗滌過(guò)程所產(chǎn)生的廢水經(jīng)蒸餾后，所得粉末按化學(xué)計(jì)量作為原料再次 使用。本實(shí)施例所制得的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的顆粒直徑為40 60nm，該粉體產(chǎn) 物純度高和粒度分布均勻。實(shí)施例2一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法。先將20 30wt%的二氧化鈦、50 60wt%的硼砂(Nei2B4O7 ·IOH2O)和10 20wt%的氫氧化鈣混合均勻，以8 15°C /分的升 溫速率加熱至1100 1200°C，保溫2 3小時(shí)，得到均勻熔體；再將均勻熔體進(jìn)行水淬，獲
4得非晶態(tài)玻璃顆粒；然后將非晶態(tài)玻璃顆粒在630 660°C條件下保溫3 5小時(shí)，先后用 10 %的稀醋酸和去離子水進(jìn)行洗滌，干燥，即得堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。本實(shí)施例的洗滌過(guò)程所產(chǎn)生的廢水經(jīng)蒸餾后，所得粉末按化學(xué)計(jì)量作為原料再次 使用；本實(shí)施例所制得的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的顆粒直徑為50 80nm，該粉體產(chǎn) 物純度高和粒度分布均勻。實(shí)施例3一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法。先將10 20wt%的二氧化鈦、60 65wt%的硼砂(Na2B4O7 · IOH2O)和18 25wt%的氫氧化鎂混合均勻，以10 15°C /分的 升溫速率加熱至1100 1200°C，保溫2 3小時(shí)，得到均勻熔體；再將均勻熔體進(jìn)行水淬， 獲得非晶態(tài)玻璃顆粒；然后將非晶態(tài)玻璃顆粒在650 670°C條件下保溫2 3小時(shí)，先后 用10%的稀醋酸和去離子水進(jìn)行洗滌，干燥，即得堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。的洗滌過(guò)程所產(chǎn)生的廢水經(jīng)蒸餾后，所得粉末按化學(xué)計(jì)量作為原料再次使用。本實(shí)施例所制得的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的顆粒直徑為40 60nm，該粉體產(chǎn) 物純度高和粒度分布均勻。本具體實(shí)施方式
所提供的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法，具有以下突出 特點(diǎn)1、制備工藝簡(jiǎn)單，不需要昂貴的設(shè)備；2、原料易得；3、制備過(guò)程易于控制，晶型、晶粒形貌和粒徑等參數(shù)可以通過(guò)改變熱處理制度進(jìn) 行調(diào)節(jié)；4、粉體產(chǎn)物純度高，粒度分布均勻，制得的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的顆粒直徑 為 40 80nm ；5、有利于環(huán)境保護(hù)，粉體洗滌過(guò)程中產(chǎn)生的廢水可循環(huán)用于粉體制備。因此。本發(fā)明具有成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、合成過(guò)程易于控制的特點(diǎn)，所制備的堿 土金屬鈦酸鹽納米粉體純度高，粒度分布均勻。
權(quán)利要求
1.一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的制備方法，其特征在于先將7 30wt%的二氧化 鈦、50 70襯％的硼砂和10 30wt%的堿土金屬氫氧化物混合均勻，以5 15°C /分的 升溫速率加熱至1000 1200°C，保溫1 3小時(shí)，得到均勻熔體；再將均勻熔體采用對(duì)輥 冷卻法冷卻，獲得非晶態(tài)玻璃鱗片，或再將均勻熔體進(jìn)行水淬，獲得非晶態(tài)玻璃顆粒；然后 將非晶態(tài)玻璃鱗片或非晶態(tài)玻璃顆粒在630 680°C條件下保溫1 5小時(shí)，先后用10% 的稀醋酸和去離子水進(jìn)行洗滌，干燥，即得堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的制備方法，其特征在于所述的堿 土金屬氫氧化物為氫氧化鈣、或?yàn)闅溲趸V、或?yàn)闅溲趸^。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 2項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體的制備方法所制備 的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種堿土金屬鈦酸鹽納米粉體及其制備方法。其技術(shù)方案是先將7～30wt％的二氧化鈦、50～70wt％的硼砂和10～30wt％的堿土金屬氫氧化物混合均勻，以5～15℃/分的升溫速率加熱至1000～1200℃，保溫1～3小時(shí)，得到均勻熔體；再將均勻熔體采用對(duì)輥冷卻法冷卻，獲得非晶態(tài)玻璃鱗片，或再將均勻熔體進(jìn)行水淬，獲得非晶態(tài)玻璃顆粒；然后將非晶態(tài)玻璃鱗片或非晶態(tài)玻璃顆粒在630～680℃條件下保溫1～5小時(shí)，先后用10％的稀醋酸和去離子水進(jìn)行洗滌，干燥，即得堿土金屬鈦酸鹽納米粉體。本發(fā)明具有成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、合成過(guò)程易于控制的特點(diǎn)，所制備的堿土金屬鈦酸鹽納米粉體純度高，粒度分布均勻。
文檔編號(hào)C01G23/00GK102115161SQ201110076579
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者劉浩, 張少偉, 王周福 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)