專利名稱：納米鈦酸鍶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新興電子陶瓷材料——納米鈦酸鍶的制備方法。
鈦酸鍶及其系列納米材料是一種新興的多功能電子陶瓷材料，用途極為廣泛。近年來在國內(nèi)外得到了飛速發(fā)展。鈦酸鍶粉體是一種基本原料，僅就陶瓷電容器一項而言，鈦酸鍶粉體就占加工陶瓷電容器粉體材料的20％，目前全國需求量在200—600頓，材料來源一直依賴進口。國內(nèi)自80年代以來，天津大學(xué)、南開大學(xué)、北京有色金屬研究院等一些院校和研究單位陸續(xù)開展了鈦酸鍶研究開發(fā)工作。目前，鈦酸鍶的制備方法主要有高溫固相反應(yīng)法、水熱法、化學(xué)共沉淀法、溶膠—凝膠等方法。其中溶膠—凝膠法與其它方法相比，具有粉體顆粒尺寸小，分布均一，過程易于控制等優(yōu)點，而倍受科學(xué)工作者的青睞。在溶膠—凝膠法中，人們最先是采用雙金屬醇鹽法，但鍶醇鹽難于獲得，故而人們又把目光轉(zhuǎn)向半醇鹽方法。在半醇鹽法中，人們一般以鈦醇鹽和醋酸鍶為原料，以醋酸為螯合劑，形成[Ti(OH)×(OAC)y]或[Ti(OC4H9)×(OAC)y]螯合物，進而形成凝膠。該方法在一定條件下制得均一、透明凝膠，但形成凝膠的時間很長，一般要20小時以上。
本發(fā)明的目的是為了提供一種無需添加催化劑情況下，通過直接制得均質(zhì)白色凝膠即可制得粒徑均勻、尺寸小的納米鈦酸鍶，且可大大縮短工藝時間，減少雜質(zhì)引入機會、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好、損耗小、成本低、易操作的納米鈦酸鍶的制備方法。
本發(fā)明的主要目的可通過如下措施來實現(xiàn)一種納米鈦酸鍶的制備方法包括下述工藝步驟①將水溶性鍶鹽溶于水制得A液；②將鈦酸酯/鈦醇鹽溶于脂肪醇溶劑中制得B液；③在強烈攪拌條件下，不間斷地將A液逐滴加入B液中，直至A液滴加完，再繼續(xù)攪拌1—19分鐘；至形成白色均質(zhì)凝膠；④待凝膠老化表面析出脂肪醇溶劑和水，即可將凝膠燒結(jié)熱處理制得多聚物納米鈦酸鍶粉體。
本發(fā)明的目的還可通過如下措施采實現(xiàn)所述的納米鈦酸鍶的制備方法的原料中的水和水溶性鍶鹽、鈦酸酯/鈦醇鹽及脂肪醇的摩爾比為(35—120)∶(35—95)∶(0.21—1.2)∶1。
所述的納米鈦酸鍶的制備方法是將形成的白色均質(zhì)凝膠可置于200—250℃、300—450℃、550—650℃、800—900℃各溫度段下各燒結(jié)1—2小時后，可制得納米鈦酸鍶粉體。
所述的水溶性鍶鹽可選自硝酸鍶、氫氧化鍶、醋酸鍶、甲酸鍶、乳酸鍶等水溶性鍶鹽中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。所述的鈦酸酯可選自鈦酸四丁酯、鈦酸甲酯、鈦酸乙酯等鈦酸酯中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。所述的鈦醇鹽可選自甲醇鈦、乙醇鈦、丙醇鈦、丁醇鈦等鈦醇鹽中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。所述的脂肪醇溶劑可選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、異丙醇等脂肪醇中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明克服傳統(tǒng)思維首次在水溶性鍶鹽、鈦酸酯/鈦醇鹽、水、脂肪醇溶劑體系中，未添加任何其它試劑如冰醋酸、甲醇、乙二醇、甲醚等作螯合劑、催化劑的情況下(傳統(tǒng)的制備方法都是要添加其中的至少一種)，用溶膠—凝膠法制備了納米鈦酸鍶粉體，其產(chǎn)品粒徑均勻，尺寸小(一般在幾十納米)，呈球形。
2、本發(fā)明形成的凝膠是由于在本體系中生成了多聚物，鍶離子和醋酸根離子均勻地分布于該多聚物形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，因而制得很均質(zhì)的凝膠，反應(yīng)溫度也大大降低，在500℃左右進行熱處理時便有鈦酸鍶晶相出現(xiàn)，在800—900℃時，反應(yīng)進行完全；與傳統(tǒng)的高溫固相反應(yīng)法相比，反應(yīng)溫度降低400—500℃。
3、本發(fā)明由于以制備均質(zhì)凝膠為目的而不是以制得透明凝膠為目的，因而其制備過程中凝膠形成速度快(一般在幾分鐘至幾十分鐘)，縮短了工藝時間，減少了雜質(zhì)引入機會，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的高度穩(wěn)定性和很好的重現(xiàn)性。
4、本發(fā)明的操作簡便、快捷、損耗小、成本低、工藝過程易于控制，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明還將結(jié)合實施例作進一步詳述實施例一一種制備納米鈦酸鍶的方法以醋酸鍶(Sr(AC)Y)和鈦酸四丁酯為原料，以水和異丙醇為溶劑，采用溶膠—凝膠法，制備納米鈦酸鍶。
將0.005摩爾醋酸鍶(Sr(AC))溶于3.4ml蒸餾水中制備A液；再量取鈦酸四丁酯0.005摩爾，溶于40ml異丙醇中制備B液；在強烈攪拌條件下，不間斷地將A液逐滴加入到B液中，然后，繼續(xù)攪拌5分鐘，靜止5分鐘后，便形成白色、結(jié)實的均質(zhì)凝膠。待所得的凝膠老化，表面有異丙醇和水析出后，置于紅外燈下干燥。最后在200℃、400℃、600℃、800℃下各燒2小時，制得白色納米鈦酸鍶粉末。經(jīng)XRD鑒定并計算，晶粒尺寸為41.7—49.7納米。TEM照片顯示，晶粒顆粒均勻，呈球形。
實施例二一種制備納米鈦酸鍶的方法是以硝酸鍶和鈦醇鹽為原料，以乙醇和水作溶劑，采用溶膠—凝膠法制備納米級鈦酸鍶粉體。
稱取硝酸鍶4.48克，加入14ml水，使其全部溶解得A液；再取相等摩爾的乙醇鈦加入120ml乙醇中得B液；在強烈攪拌條件下，不間斷地將A液逐滴加入到B液中，繼續(xù)攪拌10分鐘，在空氣中，室溫下靜止50分鐘后，形成白色均質(zhì)凝膠，等凝膠老化，表面有乙醇和水析出，置于紅外燈(或遠紅外燈輻射或微波輻射)下干燥。最后分別在250℃、350℃、580℃、850℃各燒2小時，900℃燒1小時，制得白色、松散納米鈦酸鍶粉末。經(jīng)XRD鑒定并計算，平均粒度為50納米(47.1-53.2mm)。TEM照片顯示顆粒大小均勻，呈球形。
實施例三一種制備納米鈦鍶的方法是以乳酸鍶和鈦酸四丁酯為原料，以丁醇和水作溶劑，采用溶膠-凝膠法制備納米級鈦酸鍶粉體。
取0.001摩爾的乳酸鍶溶于2.0ml的水中，使其全部溶解制得A液；再取計算量的鈦酸四丁酯溶于25ml正丁醇中制得B液；在強烈攪拌下，不間斷地將A液逐滴加入到B液中，繼續(xù)攪拌5分鐘、靜止，至形成白色均質(zhì)凝膠。待凝膠老化后，置于紅外燈下干燥，最后在250℃、380℃、550℃、800℃下各燒2小時，900℃燒1小時，制得納米級白色鈦酸鍶粉末。
實施例四一種制備納米鈦酸鍶的方法是以甲酸鍶和鈦酸乙酯為原料，以乙醇和水為溶劑，采用溶膠-凝膠法制備納米鈦酸鍶粉體。
取甲酸鍶0.002摩爾，溶于4.0ml水中，使其全部溶解得A液；再取等摩爾的鈦酸乙酯溶于35ml乙醇中得B液；在強烈攪拌下，不間斷地將A液逐滴加入到B液中，然后靜止，至形成白色均質(zhì)凝膠后，放置老化，最后在200℃、450℃、650℃、850℃下各燒2小時，制得白色納米鈦酸鍶。
權(quán)利要求
1.一種納米鈦酸鍶的制備方法，其特征是包括下述工藝步驟①將水溶性鍶鹽溶于水制得A液；②將鈦酸酯/鈦醇鹽溶于脂肪醇溶劑中制得B液；③在強烈攪拌條件下，不間斷地將A液逐滴加入B液中，直至A液滴加完，再繼續(xù)攪拌1—19分鐘；至形成白色均質(zhì)凝膠；④待凝膠老化表面析出脂肪醇溶劑和水，即可將凝膠燒結(jié)熱處理制得納米鈦酸鍶粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的納米鈦酸鍶的制備方法，其特征是所述的原料中的水和水溶性鍶鹽、鈦酸酯/鈦醇鹽及脂肪醇的摩爾比為(35-120)∶(35—95)∶(0.21—1.2)∶1。
3.如權(quán)利要求1所述的納米鈦酸鍶的制備方法，其特征是將形成的白色均質(zhì)凝膠可置于200—250℃、300 450℃、550—650℃、800—900℃各溫度段下各燒結(jié)1—2小時后，可制得納米鈦酸鍶粉體。
4.如權(quán)利要求1所述的納米鈦酸鍶的制備方法，其特征是所述的水溶性鍶鹽可選自硝酸鍶、氫氧化鍶、醋酸鍶、甲酸鍶、乳酸鍶等水溶性鍶鹽中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。
5.如權(quán)利要求1、2所述的納米鈦酸鍶的制備方法，其特征是所述的鈦酸酯可選自鈦酸四丁酯、鈦酸乙酯、鈦酸甲酯等鈦酸脂中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。
6.如權(quán)利要求1、2所述的納米鈦酸鍶的制備方法，其特征是所述的鈦醇鹽可選自甲醇鈦、乙醇鈦、丙醇鈦、丁醇鈦等鈦醇鹽中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。
7.如權(quán)利要求1、2所述的納米鈦酸鍶的制備方法，其特征是所述的脂肪醇溶劑可選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、正丁醇、異丙醇等脂肪醇中的至少一種，其原料配方摩爾比不變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米鈦酸鍶的制備方法，是以水溶性鍶鹽和鈦酸酯/鈦醇鹽為原料，以脂肪醇和水為溶劑，在強烈攪拌條件下將鍶鹽水溶液逐滴加入鈦酸酯/鈦醇鹽的脂肪醇溶液中，攪拌至形成均質(zhì)凝膠，再將老化后的凝膠在高溫下燒結(jié)即可制得納米鈦酸鍶粉體；本發(fā)明在無需添加催化劑情況下，通過直接制得均質(zhì)白色凝膠即可制得粒徑均勻、尺寸小的納米鈦酸鍶，且可大大縮短工藝時間，減少雜質(zhì)引入機會、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好、損耗小、成本低、易操作。
文檔編號C01F11/00GK1239076SQ98114550
公開日1999年12月22日 申請日期1998年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月12日
發(fā)明者王政存, 楊金賢, 陳貞亮, 申承民, 賈永忠 申請人:中國科學(xué)院青海鹽湖研究所