一种钛酸钡纳米粉体的制备方法技术

本发明专利技术提供一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，该方法是使用金属钛作为阳极，在脉冲电源的作用下，溶解制备得到钛酸四丁酯，再将钛酸四丁酯溶液与钡盐在高温高压下通入水蒸气缓慢控制水解速率制备钛酸钡粉体。该方法使用金属钛电解法，优选的为钛板和海绵钛，不采用剧烈水解的四氯化钛作为钛源，反应过程温和，反应产物形貌尺寸可控，反应副产物丁醇作为电解金属钛反应物，循环使用，环保经济。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸钡纳米粉体的制备方法
本专利技术涉及多层陶瓷电容器原材料制备
，特别涉及一种钛酸钡纳米粉体的制备技术方法。
技术介绍
钛酸钡(BaTiO3)是一种典型的ABO3型钙钛矿铁电体，具有高的介电常数、低的介电损耗和良好温度系数，被广泛用于独石陶瓷电容器、多层陶瓷电容器(MLCC)以及PTC热敏电阻等。近年来随着电子器件的小型化，多层陶瓷电容器(MLCC)的电介质层的厚度为仅为700～800nm左右，这就要求其原料钛酸钡(BaTiO3)粉体的微粒的粒径为80～200nm，且粒径分布窄，以碳酸钡和氧化钛为原料的固相法制备钛酸钡粉体粒径粗大，分布宽，不能满足起见小型化的实际应用需求。目前工业应用的钛酸钡(BaTiO3)粉体制备方法为水热合成、共沉淀等湿化学方法，其中以水热合成工艺制备的钛酸钡(BaTiO3)粉体更适合用于，多层陶瓷电容器(MLCC)，例如专利文献CN101434407A公开了一种钛酸钡(BaTiO3)粉体水热连续生产工艺。该类似专利均以四氯化钛(TiCl4)为钛源水热制备钛酸钡(BaTiO3)粉体。四氯化钛(TiCl4)常温下为无色液体，但其极易与水水解剧烈反应，即使遇见空气中的少量水分也会剧烈水解，放出有毒的腐蚀气体氯化氢(HCl)受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气，具有较强的腐蚀性，不利于清洁化生产。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种钛酸钡纳米粉体的制备技术方法，该方法是使用金属钛作为阳极，在脉冲电源的作用下，逐渐溶解制备得到钛酸四丁酯，再将钛酸四丁酯溶液与钡盐在高温高压下通入水蒸气缓慢控制水解速率制备钛酸钡粉体。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案：一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：a)将与脉冲电源相连的金属钛阳电极插入含有导电剂的正丁醇溶液电解槽中在70℃～105℃下反应制备钛酸四丁酯；b)将步骤a)得到的钛酸四丁酯配成质量百分比为5％～25％的丁醇溶液后加入高压反应釜中；c)将钡盐或氢氧化钡加入步骤b)的高压反应釜中；d)密闭高压反应釜，温度保持130℃～220℃，压力1MPa～3MPa的条件下持续通入高压水蒸汽反应2h～10h；e)将反应后的产物进行固液分离，再洗涤得到钛酸钡粉体。优选的，步骤a)中阳极金属钛为海绵钛或钛板。优选的，步骤a)中脉冲电流密度为400A/m2～3000A/m2，脉冲时间为30ms～150ms，脉冲占空比0.25～0.5。优选的，步骤a)中的导电剂为氯化锂、溴化铵、氯化铵中一种，导电剂的质量分数为溶剂的0.1％～1.5％。优选的，步骤a)中阴极为金属钛电极或者石墨电极。优选的，步骤a)脉冲电流密度为700A/m2～1500A/m2，脉冲时间为60ms～100ms，脉冲占空比0.25～0.5。优选的，步骤c)中可溶性钡盐为氢氧化钡、氯化钡、硝酸钡或醋酸钡中一种。优选的，高压反应釜釜内为搪瓷涂层或者金属钛涂层。优选的，步骤c)中还加入了钡盐或氢氧化钡质量分数的1％～3％的氢氟酸、氯化氢、氯化铵中的一种。优选的，步骤a)有多于一个的金属钛源阳极电极，阴极与阳极距离为10mm～30mm。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种钛酸钡纳米粉体的制备技术方法，该方法是使用金属钛作为阳极，在脉冲电源的作用下，溶解制备得到钛酸四丁酯，再将钛酸四丁酯溶液与钡盐在高温高压下通入水蒸气缓慢控制水解速率制备钛酸钡粉体。该方法使用金属钛电解法，优选的为钛板和海绵钛，不采用剧烈水解的四氯化钛作为钛源，反应过程温和，反应产物形貌尺寸可控，反应副产物丁醇作为电解金属钛反应物，循环使用，环保经济。附图说明图1为钛酸钡纳米粉体的制备方法示意图。图2为实施例1制备的钛酸钡纳米粉体的XRD图。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细描述，其中所用到原料和设备均为市售，没有特别要求。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。a)将与脉冲电源相连的金属钛阳电极和阴极插入含有导电剂的正丁醇溶液电解槽中在70℃～105℃下反应制备钛酸四丁酯；在本实施例中金属钛源阳极为海绵钛或钛板，阴极为石墨电极或者金属钛。为了提高钛酸钡纳米粉体纯度，优选的钛板和海绵钛为高纯钛板或海绵钛。同时在电解槽内设置有多于一个的金属钛阳极电极，达到更多金属钛参与电化学反应，且阴极与阳极距离在本实施例中优选为10mm～30mm。由于金属钛参与电化学反应会生成钛的绝缘产物，使金属钛源表面导电性能下降，减缓反应速率，因此本专利技术中选用脉冲电源作为电化学反应能源，在本实施例中优选的脉冲电流密度为400A/m2～3000A/m2，脉冲时间为30ms～150ms，脉冲占空比0.25～0.5，更优选的脉冲电流密度为700A/m2～1500A/m2，脉冲时间为60ms～100ms，脉冲占空比0.25～0.5。为了更好提高反应速率，在电解槽中加入占溶剂量为0.1％～1.5％的导电剂，其中导电剂优选为氯化锂、溴化铵、氯化铵中一种。b)将步骤a)得到的钛酸四丁酯经蒸馏得到纯的钛酸四丁酯，并在其中加入丁醇配成质量百分比为5％～25％的丁醇溶液后加入高压反应釜中，在本实例中高压反应釜釜内为搪瓷涂层或者金属钛涂层，以减少反应过程中反应物对釜体的腐蚀。c)将钡盐或氢氧化钡加入步骤b)的高压反应釜中；在本实例中钡盐为氯化钡、硝酸钡或醋酸钡中一种，为了更为精确控制反应，该无机盐均为不含结晶水的无机盐，同时为了提高反应速率，反应物中还加入了占钡盐质量分数为1％～3％的氢氟酸、氯化氢、氯化铵中的一种。d)密闭高压反应釜，温度保持130℃～220℃，压力1MPa～3MPa的条件下持续通入高压水蒸汽反应2h～10h，在本实例中为了控制水汽量，采用水汽与高压空气混合方式通入反应釜内，控制水解速率，从而制备粒径可控的纳米钛酸钡粉体。e)反应完成后，将反应后的产物进行固液分离，液体经减压蒸馏到丁醇溶液，丁醇溶液循环使用，达到经济环保作用，固体物经过多次洗涤至中性，在热风循环烘箱中于110℃～130℃烘干或者喷雾干燥得到钛酸钡粉体。以下是本专利技术的实施例：实施例1切割700g左右高纯钛板，并将其分割为3块，每一块并与脉冲电源的负极并联，作为阳极插入盛有6kg正丁醇溶液的电解槽中，在距离阳极30mm的位置设置石墨电极，并与脉冲电源的正极相连，作为阴极。再向其中加入90氯化锂，将电解槽温度升至70℃，打开脉冲电源，调节脉冲电流密度为3000A/m2，脉冲时间为30ms，占空比为0.25持续反应直至阳极溶解完全，然后将溶液在130℃蒸馏24h得到钛酸四丁酯溶液。称取3kg钛酸四丁酯溶液和9kg(25％)正丁醇溶液并将其加入高压搪瓷反应釜内，再向其中加入1.8kg的氢氧化钡和18g(1％)氢氟酸，密闭反应釜。将搅拌速率调为500r/min，以3h将搪瓷反应釜从室温升温至130℃，通入空气与水蒸气比为99.5比0.5的高压水汽混合物，同时调节减压阀将压力控制在1MPa，持续反应10h后降温。待搪瓷釜降至室温后打开搪瓷釜，放出固液混合物，将固液分离，先将液体中的水分完全蒸掉，后在110℃减压蒸馏得到正丁醇循环使用。将分离得到的固体物料经过多次洗剂至中性，然后260℃喷雾干燥得到钛酸钡粉体。使用XR本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将与脉冲电源相连的金属钛阳电极插入含有导电剂的正丁醇溶液电解槽中在70℃～105℃下反应制备钛酸四丁酯；b)将步骤a)得到的钛酸四丁酯配成质量百分比为5％～25％的丁醇溶液后加入高压反应釜中；c)将钡盐或氢氧化钡加入步骤b)的高压反应釜中；d)密闭高压反应釜，温度保持130℃～220℃，压力1MPa～3MPa的条件下持续通入高压水蒸汽反应2h～10h；e)将反应后的产物进行固液分离，再洗涤得到钛酸钡粉体。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将与脉冲电源相连的金属钛阳电极插入含有导电剂的正丁醇溶液电解槽中在70℃～105℃下反应制备钛酸四丁酯；b)将步骤a)得到的钛酸四丁酯配成质量百分比为5％～25％的丁醇溶液后加入高压反应釜中；c)将钡盐或氢氧化钡加入步骤b)的高压反应釜中；d)密闭高压反应釜，温度保持130℃～220℃，压力1MPa～3MPa的条件下持续通入高压水蒸汽反应2h～10h；e)将反应后的产物进行固液分离，再洗涤得到钛酸钡粉体。2.根据权利要求1所述的钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于：步骤a)中阳极金属钛为海绵钛或钛板。3.根据权利要求2所述的钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于：步骤a)中脉冲电流密度为400A/m2～3000A/m2，脉冲时间为30ms～150ms，脉冲占空比0.25～0.5。4.根据权利要求3所述的钛酸钡纳米粉体的制备方法，其特征在于：步骤a)中的导电剂为氯化锂、溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，
申请(专利权)人：南通通州湾新材料科技有限公司，周涛，
类型：发明
国别省市：江苏,32