一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功能性粉體材料的制備方法，屬于超細(xì)粉體材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鍶粉體材料是工業(yè)中一種重要的電子陶瓷材料，具有熱敏性、超導(dǎo)性、半導(dǎo)性，良好的介電性、低電損耗，良好的溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。因此被廣泛用于制造熱敏電阻、高壓電容器、晶介層電容器和多功能傳感器等電子元件。為了適應(yīng)今后電子元器件更高的材料特性要求，制備粒徑細(xì)小均勻、分散性好的鈦酸鍶粉體材料成為必然。
[0003]制備鈦酸鍶總體來說有四種方法:高溫固相燒結(jié)法；水熱法;化學(xué)共沉淀法;凝膠溶膠法。其中高溫固相燒結(jié)法反應(yīng)溫度高，反應(yīng)不完全，粉體粒度大分布寬，粒徑不均勻，因此在很大程度上影響了材料性能。水熱法實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高，易引入雜質(zhì)，反應(yīng)充分性不好，過程不易控制，但是避免了高溫煅燒環(huán)節(jié)，減少了硬團(tuán)聚。溶膠凝膠法原料成本高，過程變量多造成重復(fù)性不好;團(tuán)聚較嚴(yán)重。
[0004]文獻(xiàn)“方曉明，陳澤民.高純超細(xì)SrTi03粉料的液相合成法[J].中國陶瓷，1997，33
(I): 22-25”公開了一種制備SrT13粉體材料的方法，該方法采用草酸鹽沉淀法制備出顆粒形態(tài)為球形，粒度分布較均勻，有少量燒結(jié)現(xiàn)象存在，粒徑在0.04?0.08微米之間的鈦酸鍶粉體。此方法需要進(jìn)行高溫煅燒工藝，在一定程度上增加了生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)“朱啟安，石榮愷，黃伯清，譚儀文.鈦酸鍶粉體合成新方法研究[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2002，34(I): 5-7”采用四氯化鈦和氯化鍶為原料、碳酸銨和氨水作沉淀劑化學(xué)共沉淀法制備出純度高、大小分布均勻，粒徑小(平均粒徑<500nm)的鈦酸鍶粉體，但是這種方法需要在880°C的高溫下煅燒，用到的碳酸銨和氨水，在煅燒過程中會產(chǎn)生含氮的有毒氣體，在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)化生產(chǎn)中不僅會增加廢氣回收成本，而且高溫煅燒易造成硬團(tuán)聚現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，本方法避免了經(jīng)過高溫煅燒過程產(chǎn)生的硬團(tuán)聚和有害氣體的產(chǎn)生，工藝簡單，生產(chǎn)成本低，便于工業(yè)化生產(chǎn)，并且能制備出粒徑細(xì)小均勻、分散性好的鈦酸鍶粉體材料。
[0006]本發(fā)明的目的是通過如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0007]向盛有氯化鍶與氯化氧鈦混合溶液的三口燒瓶中加入分散劑并攪拌均勻，再滴加氫氧化鈉溶液，隨后升溫?cái)嚢璺磻?yīng)一定時間，所得沉淀物質(zhì)經(jīng)過濾、洗滌、干燥獲得分散性良好的鈦酸鍶。
[0008]進(jìn)一步的，氯化鎖與氯化氧鈦混合溶液中鎖鈦摩爾比為1.1:1。
[0009]進(jìn)一步的，分散劑為PEG2000或PEG4000(其中PEG的加入量為SrT13理論產(chǎn)量的
0.5%)o
[0010]進(jìn)一步的，三口燒瓶置于恒溫水浴鍋中，加料時一口接蛇形回流冷凝管，另一口裝有恒壓滴液漏斗，升溫反應(yīng)時將滴液漏斗更換為溫度計(jì)套管及溫度計(jì)。
[0011]進(jìn)一步的，氫氧化鈉溶液滴加完畢升溫至60?100°C，最佳為80°C。
[0012]進(jìn)一步的，反應(yīng)結(jié)束后，懸濁液的pH=13。
[0013]進(jìn)一步的，過濾、洗滌后的產(chǎn)物置于烘箱中70?100°C干燥8h，最佳溫度80°C。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:避免了經(jīng)過高溫煅燒過程和有害氣體產(chǎn)生，工藝簡單易操作、成本低便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備出的鈦酸鍶粒徑細(xì)小均勻、分散性好。
【附圖說明】
[0015]圖1是實(shí)施例1制備的鈦酸鍶粉體在50°C和75°C下的XRD圖。
[0016]圖2為實(shí)施例1反應(yīng)溫度為75°C時制備的鈦酸鍶粉體的SEM圖。
[0017]圖3是實(shí)施例2制備的鈦酸鍶粉體的SEM圖。
[0018]圖4為實(shí)施例3制得的產(chǎn)物的紅外光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下通過實(shí)施例形式，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0020]實(shí)施例1
[0021 ]用量筒分別量取配制好的1.2mol/L的SrCl2溶液(19.8mL)和1.2mol/L的TiCl4溶液(18mL)，即鍶離子和鈦離子的摩爾比1.1: I攪拌混合均勻，然后向體系加入PEG4000作為分散劑(其中PEG4000的加入量為SrTi03理論產(chǎn)量的0.5 % )充分?jǐn)嚢?；向上述混合溶液中加?mol/L的NaOH溶液22mL，保證反應(yīng)結(jié)束后懸濁液的pH= 13；將混合好的料液加入到放置在恒溫水浴鍋中的三口燒瓶中，三口燒瓶兩邊的側(cè)口，一口配溫度計(jì)套管及溫度計(jì)，另一口裝有蛇形回流冷凝管，以電動攪拌機(jī)作為攪拌裝置，調(diào)節(jié)電動攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為250r/min，升溫至50°C的時候開始計(jì)時，4h后時關(guān)閉恒溫水浴鍋和電動攪拌機(jī)，靜置0.5h，靜置后進(jìn)行產(chǎn)物后處理(三次熱洗，三次抽濾)。具體為:傾泌法泌去上層清液(不沉降或難沉降除外)，用去離子水將沉淀物轉(zhuǎn)移至布氏漏斗中抽濾，濾餅轉(zhuǎn)至500mL燒杯中，加水250mL，盡量分散之，加熱攪拌，80?90°C維持Ih;停止加熱與攪拌，靜置0.5h;抽濾;將濾餅轉(zhuǎn)至500mL燒杯中，加水250mL，盡量分散之，加熱攪拌，80?90°C維持Ih;停止加熱與攪拌，靜置0.5h;抽濾;再次將濾餅轉(zhuǎn)至500mL燒杯中，加水250mL，盡量分散之，加熱攪拌，80?90°C維持Ih；停止加熱與攪拌，靜置0.5h;抽濾并壓榨干，取下濾餅，將其置于蒸發(fā)皿中80°C烘干。取出冷卻，研磨粉碎后得到鈦酸鍶粉體。重復(fù)以上步驟，但是將反應(yīng)溫度調(diào)至75°C反應(yīng)，得到另一份鈦酸鍶粉體。
[0022]分別將50°C和75°C反應(yīng)條件下獲得的鈦酸鍶粉體，用Bruker D8advance型X-射線衍射儀進(jìn)行其物相分析，得到的XRD圖譜如圖1所示。
[0023]從圖1中可以看出所得到的XRD圖譜與相應(yīng)SrT 13的標(biāo)準(zhǔn)JCPDS卡片(5.0634)比對，其衍射峰完全吻合，且無雜峰，說明當(dāng)反應(yīng)溫度為50°C和75°C時所得到的產(chǎn)物均為純相的鈦酸鍶，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到50°C時就已經(jīng)生成了鈦酸鍶;隨著反應(yīng)溫度的升高，衍射峰的強(qiáng)度增強(qiáng)，衍射峰的半峰寬變窄，峰形變得尖銳，說明粉體的粒徑隨反應(yīng)溫度的升高而有所增大。
[0024]圖2為本實(shí)施例在反應(yīng)溫度為75°C時產(chǎn)物的SEM，從圖中可以看出，采用低溫直接沉淀法制備鈦酸鍶粉體時加入PEG4000作為分散劑時，所制得的粉體分散性較好，形狀呈規(guī)則的球形，分布和大小都很均勻，形貌為立方相，粉體粒徑較小，絕大部分在60nm左右，與XRD的計(jì)算結(jié)果接近，粉體粒徑達(dá)到了納米級。
[0025]實(shí)施例2
[0026]按照實(shí)施例1中的方法進(jìn)行，反應(yīng)溫度為75°C，區(qū)別在于分散劑采用PEG2000(其中PEG2000的加入量為SrT13理論產(chǎn)量的0.5 % )。
[0027]圖3為實(shí)施例2所得產(chǎn)物的SEM從圖中可以看出，采用低溫直接沉淀法制備鈦酸鍶粉體時加入PEG2000作為分散劑可改善粉體的團(tuán)聚問題，但是效果不如PEG4000，形狀呈規(guī)則的球形，分布和大小均勻，形貌為立方相，粉體粒徑較小，絕大部分在60nm左右，與XRD的計(jì)算結(jié)果相近，粒徑達(dá)到了納米級。
[0028]實(shí)施例3
[0029]原料氯化鍶溶液由SrCO3(AR)和鹽酸溶液反應(yīng)制取。準(zhǔn)確稱取3.51g SrCO3,將稱量好的SrCO3放入燒杯;之后將稀鹽酸溶液緩慢加入燒杯，至不再產(chǎn)生氣泡為止；用量筒量取配制好的1.2mol/L的TiCl4溶液(ISmL)，即鍶離子和鈦離子的摩爾比為1.1: I攪拌混合均勻，充分?jǐn)嚢?；向上述混合溶液中加?mol/L的NaOH溶液22mL，保證反應(yīng)結(jié)束后懸濁液的pH= 13；將混合料液加入到放置在恒溫水浴鍋中的三口燒瓶中，以電動攪拌機(jī)作為攪拌裝置，調(diào)節(jié)電動攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為250r/min，升溫至75°C的時候開始計(jì)時，4h后時關(guān)閉恒溫水浴鍋和電動攪拌機(jī)，靜置0.5h，靜置后進(jìn)行產(chǎn)物后處理(三次熱洗，三次抽濾)。具體為:傾泌法泌去上層清液(不沉降或難沉降除外)，用去離子水將沉淀物轉(zhuǎn)移至布氏漏斗中抽濾，濾餅轉(zhuǎn)至500mL燒杯中，加水250mL，盡量分散之，加熱攪拌，80?90°C維持Ih;停止加熱與攪拌，靜置
0.5h;抽濾;將濾餅轉(zhuǎn)至500mL燒杯中，加水250mL，盡量分散之，加熱攪拌，80?90°C維持Ih ；停止加熱與攪拌，靜置0.5h;抽濾;再次將濾餅轉(zhuǎn)至500mL燒杯中，加水250mL，盡量分散之，加熱攪拌，80?90°C維持Ih;停止加熱與攪拌，靜置0.5h;抽濾并壓榨干，取下濾餅，將其置于蒸發(fā)皿中80°C烘干。取出冷卻，研磨粉碎后得到鈦酸鍶粉體。將得到的鈦酸鍶粉體用型號為FALA2000104的紅外-可見光分光光度計(jì)進(jìn)行表征。
[0030]圖4為實(shí)施例3制得的產(chǎn)物的紅外光譜圖，與SrT13的標(biāo)準(zhǔn)譜圖譜對照可知，560cm一1為SrT13的特征吸收峰(T1-O伸縮振動峰)，1440011+1處出現(xiàn)的峰為副產(chǎn)物SrCO3的吸收峰，但是峰較弱，3446cm—1和1629cm—1處為鈦酸鍶粉體表面吸附水羥基的振動吸收峰，與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比雜峰較少，表明所制備出的產(chǎn)物為SrT13，并且純度較高。
[0031]采用本發(fā)明的方法制備鈦酸鍶粉體材料的優(yōu)點(diǎn)在于:所制得的鈦酸鍶不僅粒徑小(60nm左右)而且分散性好;工藝和裝置簡單，無需特殊的設(shè)備；反應(yīng)溫度低，無需進(jìn)行高溫煅燒，不會產(chǎn)生有害氣體;采用的生產(chǎn)原料價格低廉易得;生產(chǎn)周期短;綜上所述，本發(fā)明的制備方法適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，其特征在于向盛有氯化鍶與氯化氧鈦混合溶液的三口燒瓶中加入分散劑并攪拌均勻，再滴加氫氧化鈉溶液，隨后升溫?cái)嚢璺磻?yīng)一定時間，所得沉淀物質(zhì)經(jīng)過濾、洗滌、干燥獲得分散性良好的鈦酸鍶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，其特征是氯化鎖與氯化氧鈦混合溶液中鎖鈦摩爾比為1.1:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，其特征是分散劑為PEG2000或PEG4000(其中PEG的加入量為SrT13理論產(chǎn)量的0.5 % )。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，其特征是三口燒瓶置于恒溫水浴鍋中，加料時一 口接蛇形回流冷凝管，另一口裝有恒壓滴液漏斗，升溫反應(yīng)時將滴液漏斗更換為溫度計(jì)套管及溫度計(jì)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，其特征是氫氧化鈉溶液滴加完畢升溫至60?100°C，最佳為80°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，其特征是反應(yīng)結(jié)束后，懸濁液的PH= 13。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，其特征是過濾、洗滌后的產(chǎn)物置于烘箱中70?100°C干燥Sh，最佳溫度80°C。
【專利摘要】一種亞微米級鈦酸鍶的低溫直接沉淀制備方法，屬于超細(xì)粉體材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。向盛有氯化鍶與氯化氧鈦混合溶液的三口燒瓶中加入分散劑并攪拌均勻，再滴加氫氧化鈉溶液，隨后升溫?cái)嚢璺磻?yīng)一定時間，所得沉淀物質(zhì)經(jīng)過濾、洗滌、干燥獲得分散性良好的鈦酸鍶。本發(fā)明的制備方法無需經(jīng)過高溫煅燒，對環(huán)境污染小，工藝簡單，無需特殊裝備，便于工業(yè)化生產(chǎn)，所制備出的鈦酸鍶粉體粒徑均勻、純度高、粒徑在60nm左右，并且分散性好。
【IPC分類】C01G23/00
【公開號】CN105540652
【申請?zhí)枴緾N201511004781
【發(fā)明人】商少明, 劉歡歡, 顧丹, 陳秀英, 許虎君, 高海燕, 沈潔
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月28日