一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法技术

本发明专利技术涉及一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法，主要包括以下步骤：称量无水碳酸钾和五氧化二钽，装入圆柱形坩埚中熔融，得到乳白色熔块；再将乳白色熔块溶解于去离子水中，并向溶液中逐渐滴入硝酸生成水合Ta2O5白色沉淀；再抽滤分离、洗涤水合Ta2O5白色沉淀备用，将水合Ta2O5加入到柠檬酸水溶液，滴加过氧化氢溶液，形成澄清钽的柠檬酸水溶液；称取Bi(NO3)3·5H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Ti(C4H9O)4，将Cu(NO3)2·3H2O完全溶解于钽的柠檬酸水溶液中形成溶液1；称取乙二醇溶液，向其缓慢滴加Ti(C4H9O)4，再加入Bi(NO3)3·5H2O，形成溶液2；将溶液1滴加到溶液2中滴加氨水形成凝胶；经煅烧、研磨制得Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体。具有粉体颗粒粒径细小均匀、合成温度低、烧结结晶性能好、烧结特性佳等特点。

Method for preparing Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12 ceramic powder by sol-gel method

The invention relates to a method for preparing Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12 ceramic powder by sol-gel method, which mainly comprises the following steps: weighing anhydrous potassium carbonate and five oxidation two tantalum, melting into a cylindrical crucible, obtaining an ivory frit, dissolving the milky white frit into deionized water, and gradually dropping nitric acid into the solution to generate water. Ta2O5 white precipitation; then filtrate and wash hydrated Ta2O5 white precipitation for reserve, hydrated Ta2O5 added to citric acid aqueous solution, dropping hydrogen peroxide solution, forming a clear tantalum citric acid aqueous solution; called Bi (NO3) 3.5H2O, Cu (NO3) 2.3H2O, Ti (C4H9O) 4, Cu (NO3) 2.3H2O completely dissolved in tantalum citric acid aqueous solution A solution of 1 was formed in the solution; the glycol solution was called, slowly adding Ti (C4H9O) 4 to it, then adding Bi (NO3) 3 5H2O to form a solution 2; adding 1 drops of solution into solution 2 and dropping ammonia water to form gel; and then calcining and grinding to produce Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12 ceramic powder. It has the characteristics of fine and uniform particle size, low synthesis temperature, good sintering crystallinity and good sintering characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法
本专利技术属于陶瓷粉体制备工艺
，涉及一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法。
技术介绍
陶瓷电介质材料发展迅猛，应用前景广阔。高介电陶瓷材料具有高能量密度、介电性能温度稳定性好等特点，是电子工业中的关键材料，备受关注。以其为基材制备的高性能陶瓷电容器是近几年来研究颇广的新一代电子元器件，被广泛运用于国防、探测、通信等领域：多层片式陶瓷电容器（MLCC）制备成电阻器、PTC和NTC热敏电阻，需求日益增长；微波电介质陶瓷制备成谐振器、介质导波回路被广泛应用在手机移动通讯、卫星接收器等，科研和工程应用都有较大发展空间。目前，在陶瓷电容器材料的研究开发过程中，类钙钛矿结构的陶瓷材料引人注目。此类材料烧结温度低，在宽频率范围内获得了较高的介电常数和较小的介质损耗，而且在不同温度下介电特性都能够保持稳定，没有发生铁电相变引起晶格畸变导致性能恶化。同时，类钙钛矿结构材料也有很多不足：如在室温条件下，电阻随电压的非线性变化、烧结时晶粒生长速度过快、击穿电压偏小等。因此，针对上述问题，改变制备工艺，深入研究此类材料高介电响应产生的根源，有效降低介电损耗和介电非线性，提高热稳定性和抗电击穿特性，为研发新型类钙钛矿陶瓷电容器材料，推广其在微电子领域的广泛应用具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法，具有粉体颗粒粒径细小均匀、合成温度低、烧结结晶性能好、烧结特性佳等特点，同时制备原料来源广泛，易于操作，无杂质。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法，主要包括以下步骤：（1）按照4.5~7:1的摩尔比，准确称量无水碳酸钾和五氧化二钽，混合均匀，装入圆柱形坩埚中，置于马弗炉850~950℃熔融3~8小时，得到乳白色熔块；（2）将步骤（1）的乳白色熔块溶解于500mL去离子水中，静置6~12小时，用吸管取出上层澄清溶液，并向溶液中逐渐滴入硝酸，调整其pH值为2~3，确保全部生成水合Ta2O5白色沉淀；（3）抽滤分离、洗涤步骤（2）的水合Ta2O5白色沉淀备用，按照柠檬酸与总金属阳离子摩尔比为1~4：1准确配置柠檬酸水溶液，然后将水合Ta2O5加入到柠檬酸水溶液，滴加适量过氧化氢溶液，并于水浴加热、搅拌，使水合Ta2O5完全溶解，形成澄清钽的柠檬酸水溶液；（4）根据通式Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12的化学计量分别称取Bi(NO3)3·5H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Ti(C4H9O)4，将Cu(NO3)2·3H2O完全溶解于钽的柠檬酸水溶液中，水浴加热、搅拌至澄清，形成溶液1；（5）按照乙二醇与柠檬酸摩尔比为1~3:1称取乙二醇溶液，向其缓慢滴加Ti(C4H9O)4，不断搅拌混合30分钟，再加入Bi(NO3)3·5H2O，继续搅拌混合1小时，形成溶液2；（6）将溶液1缓慢滴加到溶液2中，充分搅拌混合20~30分钟，然后滴加氨水，调节pH值至6~7，并于水浴加热、搅拌反应6~10小时，形成凝胶；（7）将所得凝胶进行干燥，经煅烧、研磨制得Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体。步骤（3）水合Ta2O5白色沉淀洗涤6~8次，经抽滤后的液体pH为7~8。步骤（3）所述过氧化氢溶液与柠檬酸摩尔比为2~3：1。步骤（3）（4）（6）水浴加热温度为65~85℃。步骤（7）干燥温度为90~150℃，干燥时间为4~30小时；煅烧制度为：将干燥的样品自室温起，以2~4℃/min速率升温至500~800℃，保温4~10小时，随炉冷却。本专利技术的积极效果是：以无水K2CO3、Ta2O5、Bi(NO3)3·5H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Ti(C4H9O)4、柠檬酸为原料，选用乙二醇作为溶剂，利用溶胶凝胶法制备了粒度均匀、结晶性能好的Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体，通过XRD衍射仪及扫描电镜测试分析，该方法合成的粉体颗粒细小均匀，平均粒径约0.5-2μm，结晶性能好，烧结特性佳，同时制备原料来源广泛，易于操作，无杂质。附图说明图1是本专利技术制备的干凝胶DSC-TG图。图2是本专利技术制备的干凝胶经500-800℃煅烧后陶瓷粉体的XRD图。图3是本专利技术制备的干凝胶经800℃煅烧后陶瓷粉体的SEM图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进一步说明。实施例1一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法，包括以下步骤：（1）按照5:1的摩尔比，准确称量无水碳酸钾和五氧化二钽，混合均匀，装入圆柱形坩埚中，置于马弗炉900℃熔融4小时，得到乳白色熔块。（2）将步骤（1）的乳白色熔块溶解于500mL去离子水中，静置8小时，用吸管取出上层澄清溶液，并向溶液中逐渐滴入硝酸，调整其pH值为2，确保全部生成水合Ta2O5白色沉淀。（3）抽滤分离、洗涤（2）的水合Ta2O5白色沉淀6次备用，经抽滤后的液体pH为7，按照柠檬酸与总金属阳离子摩尔比为1.5：1准确配置柠檬酸水溶液，然后将水合Ta2O5加入到柠檬酸水溶液，滴加过氧化氢溶液，过氧化氢溶液与柠檬酸摩尔比为2：1，并于75℃水浴加热、搅拌，使水合Ta2O5完全溶解，形成澄清钽的柠檬酸水溶液。（4）根据通式Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12的化学计量分别称取Bi(NO3)3·5H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Ti(C4H9O)4，将Cu(NO3)2·3H2O完全溶解于钽的柠檬酸水溶液中，80℃水浴加热、搅拌至澄清，形成溶液1。（5）按照乙二醇与柠檬酸摩尔比为1.5:1称取乙二醇溶液，向其缓慢滴加Ti(C4H9O)4，不断搅拌混合30分钟，再加入Bi(NO3)3·5H2O，继续搅拌混合1小时，形成溶液2。（6）将溶液1缓慢滴加到溶液2中，充分搅拌混合20分钟，然后滴加氨水，调节pH值至6，并于80℃水浴加热、搅拌反应6小时，形成凝胶。（7）将所得凝胶于110℃干燥6小时，然后将干燥的样品进行煅烧，以2℃/min速率升温至500℃，600℃，700℃以及800℃，保温8小时，随炉冷却，研磨制得Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体。对制备的Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体进行测试，具体测试情况如下：采用综合热分析仪（DSC-TG）对干凝胶进行热分析，由图1可知，化学反应和重量损失均在500℃之前完成；采用XRD衍射对干凝胶经500-800℃煅烧后陶瓷粉体进行物相分析，由图2可看到，制得粉体主要物相为Cu3Ta2Ti2O12(JCPDS#70-0610)，还包含如TiO2、铋钛氧化物等少量杂相，结晶性能好；采用扫描电子显微镜（SEM）对制备干凝胶经800℃煅烧后陶瓷粉体的形貌进行观察，由图3可以看出Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体颗粒细小均匀，平均粒径约0.5-2μm，且无明显团聚现象。实施例2一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法，包括以下步骤：（1）按照6:1的摩尔比，准确称量无水碳酸钾和五氧化二钽，混合均匀，装入圆柱形坩埚中，置于马弗炉920℃熔融6小时，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法，其特征在于主要包括以下步骤：（1）按照4.5~7:1的摩尔比，准确称量无水碳酸钾和五氧化二钽，混合均匀，装入圆柱形坩埚中，置于马弗炉850~950℃熔融3~8小时，得到乳白色熔块；（2）将步骤（1）的乳白色熔块溶解于500mL去离子水中，静置6~12小时，用吸管取出上层澄清溶液，并向溶液中逐渐滴入硝酸，调整其pH值为2~3，确保全部生成水合Ta2O5白色沉淀；（3）抽滤分离、洗涤步骤（2）的水合Ta2O5白色沉淀备用，按照柠檬酸与总金属阳离子摩尔比为1~4：1准确配置柠檬酸水溶液，然后将水合Ta2O5加入到柠檬酸水溶液，滴加适量过氧化氢溶液，并于水浴加热、搅拌，使水合Ta2O5完全溶解，形成澄清钽的柠檬酸水溶液；（4）根据通式Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12的化学计量分别称取Bi(NO3)3·5H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Ti(C4H9O)4，将Cu(NO3)2·3H2O完全溶解于钽的柠檬酸水溶液中，水浴加热、搅拌至澄清，形成溶液1；（5）按照乙二醇与柠檬酸摩尔比为1~3:1称取乙二醇溶液，向其缓慢滴加Ti(C4H9O)4，不断搅拌混合30分钟，再加入Bi(NO3)3·5H2O，继续搅拌混合1小时，形成溶液2；（6）将溶液1缓慢滴加到溶液2中，充分搅拌混合20~30分钟，然后滴加氨水，调节pH值至6~7，并于水浴加热、搅拌反应6~10小时，形成凝胶；（7）将所得凝胶进行干燥，经煅烧、研磨制得Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体。...

【技术特征摘要】
1.一种溶胶凝胶法制备Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12陶瓷粉体的方法，其特征在于主要包括以下步骤：（1）按照4.5~7:1的摩尔比，准确称量无水碳酸钾和五氧化二钽，混合均匀，装入圆柱形坩埚中，置于马弗炉850~950℃熔融3~8小时，得到乳白色熔块；（2）将步骤（1）的乳白色熔块溶解于500mL去离子水中，静置6~12小时，用吸管取出上层澄清溶液，并向溶液中逐渐滴入硝酸，调整其pH值为2~3，确保全部生成水合Ta2O5白色沉淀；（3）抽滤分离、洗涤步骤（2）的水合Ta2O5白色沉淀备用，按照柠檬酸与总金属阳离子摩尔比为1~4：1准确配置柠檬酸水溶液，然后将水合Ta2O5加入到柠檬酸水溶液，滴加适量过氧化氢溶液，并于水浴加热、搅拌，使水合Ta2O5完全溶解，形成澄清钽的柠檬酸水溶液；（4）根据通式Bi2/3Cu2Ta2Ti2O12的化学计量分别称取Bi(NO3)3·5H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Ti(C4H9O)4，将Cu(NO3)2·3H2O完全溶解于钽的柠檬酸水溶液中，水浴加热、搅拌至澄清，形成溶液1；（5）按照乙二醇与柠檬酸摩尔比为1~3:1称取乙二醇溶液，向其缓慢滴加Ti(C4H9O)4，不断搅拌混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，曾杰城，张储君，黎载波，
申请(专利权)人：韶关学院，
类型：发明
国别省市：广东,44