專利名稱：一種鈦酸鉛晶須的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型無機(jī)功能材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有鐵電性能的材料--鈦酸鉛晶須的制備方法。
背景技術(shù)：
晶須是一種以單晶形式生長的纖維狀晶體，其直徑很小，內(nèi)部原子排列有序，難以容納常規(guī)粉體材料中存在某些的缺陷(如晶界、位錯、空穴、孿晶等)，長徑比在5 1000以上，直徑通常在ZOnnTlOOym之間。晶須的強(qiáng)度接近于完整晶體的理論值，具有特殊的理化性質(zhì)和力學(xué)性能。作為新興復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)增韌添加劑，有望應(yīng)用于航空航天、合金、陶瓷、塑料等領(lǐng)域，添加到陶瓷基、金屬基、聚合物基材料中，以改善基體材料的某些特定性能。根據(jù)目前所掌握的文獻(xiàn)資料，具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的鈦酸鉛，是一種性能優(yōu)越的電學(xué)材料，有較高的居里溫度(490°C)和較低的介電常數(shù)，如果以鈦酸鉛晶須作為主晶相，通過摻雜Zr02、La2O3、ZnO 等氧化物，可以用于制備如 BaTiO3-PbTiO3、PbZrO3-PbTiO3、Pb (Zr0 53Ti0 47) 03、PbTi03/Zn0等復(fù)合壓電陶瓷材料，從而增強(qiáng)基體材料的熱膨脹系數(shù)和力學(xué)性能，提高基體材料的電學(xué)性能，延長壓電陶瓷的使用壽命。目前相關(guān)的研究工作主要集中在制備鈦酸鉛粉體及薄膜材料等領(lǐng)域，尚未見有關(guān)鈦酸鉛晶須制備方面的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適合工業(yè)化應(yīng)用的鈦酸鉛晶須的制備方法。為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟 ⑴將含鉛原料、含鈦原料、助熔劑分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料；
所述含鈦原料中的鈦元素與所述含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為f I. 25 =Tl. 50 ;所述助熔劑的質(zhì)量為所述含鉛原料和所述含鈦原料總質(zhì)量的1009^250% ；
⑵將所述反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5 10°C /min的升溫速率升溫至800^9500C，恒溫煅燒4 8h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物；
⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比在所述燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡f2h，再于80°C恒溫水浴浸泡2飛h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅；
⑷將所述黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。所述步驟⑴中的含鉛原料是指乙酸鉛、氯化鉛、硫酸鉛、碳酸鉛中的任意一種。所述步驟⑴中的含鈦原料為二氧化鈦。所述步驟⑴中的助熔劑是指氯化鉀、氯化鈉中的任意一種。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明采用高溫助熔劑法制備鈦酸鉛晶須，不僅豐富了晶須產(chǎn)品的種類，為鈦酸鉛晶須的研究工作提供參考，同時為制備鈦酸鉛晶須復(fù)合材料提供了可利用的原料。
2、采用本發(fā)明方法獲得的鈦酸鉛晶須產(chǎn)品形貌較為均勻、雜質(zhì)較少。對產(chǎn)物進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)(日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，加速電壓15kV，工作距離20mm，束斑22，SEI)分析，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所得產(chǎn)品為長度5 50 u m晶體，短徑須狀產(chǎn)品，純度較高(參見圖I);經(jīng)XRD (日本理學(xué)D/MAX 2500型X-ray衍射儀，Cu靶，
20 =20^90°,電流200mA，電壓40kV)分析，所制備的晶須產(chǎn)品化學(xué)分子式為PbTiO3，雜質(zhì)峰較少(參見圖2)，產(chǎn)率可達(dá)到60%以上。
3、本發(fā)明工藝流程簡單、煅燒溫度適中，制備成本較低，助熔劑易于洗去，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I為本發(fā)明鈦酸鉛晶須的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖2為本發(fā)明鈦酸鉛晶須的X射線衍射(XRD)譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I 一種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將3. 79g含鉛原料——乙酸鉛(Pb (CH3COO)2 3H20)、0. 80g含鈦原料——二氧化鈦(TiO2),4. 59g助熔劑一氯化鉀(KCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I :1 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的100%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5°C /min的升溫速率升溫至800 0C，恒溫8h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡lh，再于80°C恒溫水浴浸泡2 h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 02g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為65. 8%。實(shí)施例2 —種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將4. 74g含鉛原料——乙酸鉛(Pb (CH3COO)2 3H20)、0. 80g含鈦原料——二氧化鈦(TiO2),9. 97g助熔劑一氯化鉀(KCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I :1. 25 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的180%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8 °C /min的升溫速率升溫至880°C，恒溫5h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。(3)按I 10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡I. 5h，再于80°C恒溫水浴浸泡3h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 33g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為60. 1%。實(shí)施例3 —種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將3. 79g含鉛原料——乙酸鉛(Pb (CH3COO)2 3H20)、1. OOg含鈦原料——二氧化鈦(TiO2)UO. 54g助熔劑——氯化鈉(NaCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I. 25:1 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的220%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8 °C /min的升溫速率升溫至 850°C，恒溫4. 5h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。(3)按I 10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡I. 5h，再于80°C恒溫水浴浸泡5h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 06g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為63. 8%。實(shí)施例4 一種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將5. 69g含鉛原料——乙酸鉛(Pb (CH3COO)2 3H20)、0. 80g含鈦原料——二氧化鈦(TiO2)UG. 23g助熔劑一氯化鉀(KCI)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I :1. 35 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的250%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以10°C /min的升溫速率升溫至915°C，恒溫6h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。(3)按I 10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡2h，再于80°C恒溫水浴浸泡3. 5h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到4. 07g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為62. 7%。實(shí)施例5 —種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將4. 47g含鉛原料一硫酸鉛[Pb (SO4)2]、0.92g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、12. 67g助熔劑一氯化鈉(NaCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I. 20:1. 35 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的235%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8 °C /min的升溫速率升溫至875°C，恒溫7h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡2h，再于80°C恒溫水浴浸泡4h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 52g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。
經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為65. 3%。實(shí)施例6 —種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將5. 19g含鉛原料一碳酸鉛(Pb (CO3) 2)、I. OOg含鈦原料——二氧化鈦(TiO2)、
11.45g助熔劑一氯化鉀(KCI)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I. 25:1. 5 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的185%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8 °C /min的升溫速率升溫至 820 0C，恒溫6h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡I. 5h，再于80°C恒溫水浴浸泡5h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 37g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為67. 3%。實(shí)施例7 —種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將3. 61g含鉛原料——碳酸鉛(PbC03)、0. 92g含鈦原料——二氧化鈦(TiO2)UO. 65g助熔劑一氯化鉀(KCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I. 15:1. 03 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的235%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以10°C /min的升溫速率升溫至930°C，恒溫4h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡2h，再于80°C恒溫水浴浸泡4. 5h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2. 90g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為64. 1%。實(shí)施例8 一種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將4. 17g含鉛原料——氯化鉛(PbCl2)、0. 80g含鈦原料——二氧化鈦(TiO2)UO. 68g助熔劑一氯化鈉(NaCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為1:1. 18 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的215%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8 °C /min的升溫速率升溫至920 0C，恒溫6h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。(3)按I 10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡I. 5h，再于80°C恒溫水浴浸泡6h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 26g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為65. 7%。實(shí)施例9 一種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將4. 39g含鉛原料——硫酸鉛(PbSO4)、() 96g含鈦原料——二氧化鈦(TiO2)、10. 43g助熔劑一氯化鉀(KCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為I. 2:1. 26 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的195%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5°C /min的升溫速率升溫至950 0C，恒溫4h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡2h，再于80°C恒溫水浴浸泡5h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 34g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)
品。 經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為62. 4%。實(shí)施例10 —種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將4. 55g含鉛原料——硫酸鉛(PbS04)、l. OOg含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、13. 88g助熔劑一氯化鈉(NaCl)分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為1.25:1.32 ;助熔劑的質(zhì)量為含鉛原料和含鈦原料總質(zhì)量的250%。⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以10°C /min的升溫速率升溫至935°C，恒溫5. 5h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡I. 5h，再于80°C恒溫水浴浸泡6h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅。⑷將黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到3. 37g黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。經(jīng)物料衡算，該鈦酸鉛晶須產(chǎn)品產(chǎn)率為60. 7%。上述實(shí)施例f 10中的乙酸鉛、氯化鉛、碳酸鉛、硫酸鉛、二氧化鈦、氯化鉀、氯化鈉均為分析純試劑；所用高溫爐為美誠陶瓷纖維馬弗爐，型號為TM-0914P。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鉛晶須的制備方法，包括以下步驟 ⑴將含鉛原料、含鈦原料、助熔劑分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料；所述含鈦原料中的鈦元素與所述含鉛原料中的鉛元素的摩爾比為f I. 25 =Tl. 50 ;所述助熔劑的質(zhì)量為所述含鉛原料和所述含鈦原料總質(zhì)量的1009^250% ； ⑵將所述反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5 10°C /min的升溫速率升溫至800^9500C，恒溫煅燒4 8h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物； ⑶按I :10的料液質(zhì)量體積比在所述燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡f 2h，再于80°C恒溫水浴浸泡2飛h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅； ⑷將所述黃色的固體粉餅在100°C鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求I所述的一種鈦酸鉛晶須的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的含鉛原料是指乙酸鉛、氯化鉛、硫酸鉛、碳酸鉛中的任意一種。艱
3.如權(quán)利要求I所述的一種鈦酸鉛晶須的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的含鈦原料為二氧化鈦。
4.如權(quán)利要求I所述的一種鈦酸鉛晶須的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的助熔劑是指氯化鉀、氯化鈉中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦酸鉛晶須的制備方法，該方法包括以下步驟⑴將含鉛原料、含鈦原料、助熔劑分別研磨至粒度小于80目，混合均勻得到反應(yīng)原料；⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5~10℃/min的升溫速率升溫至800~950℃，恒溫煅燒4~8h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物；⑶在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水浸泡1~2h，再于80℃恒溫水浴浸泡2~6h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到黃色的固體粉餅；⑷將黃色的固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到黃色鈦酸鉛晶須產(chǎn)品。本發(fā)明工藝流程簡單、煅燒溫度適中，低成本，收率在60%以上，所得鈦酸鉛晶須產(chǎn)品微觀形貌較好、產(chǎn)率較高，助熔劑易于洗去，適于工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號C30B29/62GK102677173SQ201210160059
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者乃學(xué)瑛, 劉鑫, 張永興, 李武, 邊紹菊, 魏明 申請人:中國科學(xué)院青海鹽湖研究所