一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法技术

本申请提出一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法，属于电子材料与器件领域。所述方法包括如下步骤：以Bi2O3和TiO2为原料，KCl和NaCl为熔盐，通过熔盐法合成的片状Bi4Ti3O

【技术实现步骤摘要】
一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法


[0001]本申请属于电子材料与器件领域，具体涉及一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法。

技术介绍

[0002]随着设备小型化，轻型化的发展要求，对于压电材料性能的要求越来越高。目前常用的高压电性能材料主要为锆钛酸铅、铌镁酸铅和铌酸镍铅。现有提高压电材料的方法主要为采取掺杂或多相构建准同相界面，然而过多的化合物会导致其烧结一致性比较难以控制。模板晶种法作为一种类似制备单晶的方法，具有合成成本低，操作简单，可大幅度提升压电陶瓷的性能受到广泛研究。钛酸钡属于典型的钙钛矿结构，具有晶格常数可以匹配大部分Pb基压电材料、自身压电系数较高的优点，被公认为是一种理想的织构模板。
[0003]模板晶粒生长法是利用局部规整反应制得取向度高的陶瓷，以材料的形貌为基础，首先制备具有一定取向的模板晶粒作为种晶，然后分散到基体中施加一个使其形成具有一定纹理组织结构的驱动力，在通过热压法、热锻法、流延法使模板定向排列，最终达到择优取向的目的，从而提高其压电性能。该方法的关键技术之一就是制备径高比大、具有取向的片状模板种晶。现有的钛酸钡的合成方式主要分为两步法和三步法合成。早在2006年，清华大学周和平课题组，就提出采用三步成功实现了片层结构的BaTiO3的制备工艺。2009年同济大学翟继卫课题组，在此基础上将三步合成更改为两步合成，为实现低成本大规模生产奠定基础。但在此过程中仍然存在反复熔盐清洗，造成大量去离子水以及熔盐浪费。与此同时合成BaTiO3过程中基本都采用NaCl、KCl或两者单一作为熔盐环境，因此常常存在熔盐与氧化铝坩埚粘连的问题，导致样品无法顺利从表面剥离，影响清洗，因此如何减少清洗步骤降低成本以及解决粘连问题实现高效率实现片层结构的BaTiO3的大规模生产，一直是现阶段亟待解决的问题。
[0004]本
技术介绍
所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请
技术介绍
的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种高效、低成本合成微米级片状钛酸钡模板晶种的方法，其能减少清洗步骤，极大程度降低了清洗过程中熔盐和去离子水的浪费，且制备得到的片状BaTiO3结晶性能好，晶种无杂相，改善了现有熔盐与氧化铝坩埚的粘连问题，为低成本、高效率合成微米级片状钛酸钡晶体提高了新思路和方法。
[0006]为了达到上述目的，本申请提出一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：以Bi2O3和TiO2为原料，KCl和NaCl为熔盐，通过熔盐法合成的片状Bi4Ti3O
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粉体，煅烧得到粉体A1；
[0008]步骤2：将煅烧完的粉体A1不经过清洗，直接与BaCO3和BaCl2粉体进行搅拌混合，其
中Bi4Ti3O
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与钡源BaCO3和BaCl2的摩尔比为1：3～10，获得制备片状钛酸钡模板晶种的前驱体粉体B1；将B1粉体在850℃～1000℃烧结保温1～6小时，得到粉体C1；
[0009]步骤3：将C1粉体进行清洗，得到片状钛酸钡模板晶种。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述步骤1中，首先将Bi2O3粉与TiO2粉按摩尔比2:3混合得到A2粉体；将熔盐NaCl与KCl粉按摩尔比0.5～1.5：1混合得到A3粉体，再将A2和A3粉体按质量比0.5～1.5:1混合，在1050～1150℃保温0.5～3小时；得到粉体A1。
[0011]在本申请的一些实施例中，所述步骤2中，将步骤1中获得的粉体A1与BaCO3和BaCl2钡源按摩尔比1：3～10混合，其中BaCO3和BaCl2的摩尔比为3～5：1，另外加入与钡源等质量的熔盐A3，在溶剂1中搅拌混合均匀后置于烘箱中烘干得到B1粉体；将B1粉体放入烧结设备中烧结，其中烧结温度为850～1000℃保温1～5小时，得到粉体C1。
[0012]在本申请的一些实施例中，步骤2中熔盐A3与BaCO3和BaCl2的质量比为1：0.5～1.5,优选质量比为1：1。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述步骤3中，将粉体C1分别利用去离子水、稀盐酸或稀硝酸、无水乙醇和去离子水顺序进行多次清洗，获得微米级片状钛酸钡晶体。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述步骤1中合成Bi4Ti3O
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过程中，采用醇类有机物作为溶剂，利用卧式球磨机，混合8～12小时。
[0015]在本申请的一些实施例中，步骤2中使用的溶剂为去离子水和醇类有机物质量比1：0.5～1.5混合溶液。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述步骤2中总的熔盐来源两部分，其中一部分来自于A1中未被清洗的熔盐，另一部分来自于步骤2中补充的熔盐。
[0017]在本申请的一些实施例中，所述步骤2中的BaCl2为纯BaCl2或BaCl2的水合物。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述步骤2中搅拌混合为磁力搅拌或低能量的搅拌装置。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述步骤2中加入的熔盐A3、BaCO3和BaCl2均经过破碎，防止沉降无法均匀分散。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述步骤2中烧结升温时，当温度高于800℃时，继续升温时，升温速度为1～2℃/min；保温结束后降温采用缓慢降温，降温速度为1～3℃/min降温至800℃，后随炉冷却。
[0021]在本申请的一些实施例中，步骤3中C1粉体的清洗方式为：先用沸腾的去离子，溶解并清洗C1粉体中的熔盐，然后，加入盐酸或硝酸溶解并清洗C1粉体的Bi2O3，利用无水乙醇溶解其中生成的BiCl3，最后采用去离子水清洗溶液中的杂质离子，直至AgNbO3溶液检测洗涤后溶液无Cl
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,最后烘干得到片状钛酸钡模板晶种。
[0022]与现有技术相比，本申请提出“两步烧结，一次清洗”的钛酸钡模板晶种制备技术具有工艺简单、成本低廉、高效率和产品性能优良等特点，且在步骤2合成晶种步骤中，添加合适配比的BaCl2，促进片状BaTiO3粉体的结晶，同时降低了熔盐与陶瓷坩埚的粘连程度和减小片状BaTiO3之间的粘连。此外，由于BaCl2具有较低的离子迁移率，BaCl2作为钡源也使获得的片状BaTiO3具有更佳的厚薄比；通过各物料配比的多次优化，得到的BaTiO3结晶性能好，晶种无杂相。且解决了粉体制备过程中的多次清洗问题。不仅大幅度降低制备片状钛酸钡粉体成本，并且解决了熔盐烧结后难以清洗等问题，对推动织构化压电陶瓷的制备和应
用具有重要意义。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1.加有BaCl2，合成的片状BaTiO3的XRD图。
[0025]图2.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：以Bi2O3和TiO2为原料，KCl和NaCl为熔盐，通过熔盐法合成的片状Bi4Ti3O
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粉体，其中将煅烧结束后得到混合粉体命名为A1粉体；步骤2：将煅烧完的粉体A1不经过清洗，直接与BaCO3和BaCl2粉体及一定量的熔盐进行搅拌，其中Bi4Ti3O
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与钡源BaCO3和BaCl2的摩尔比为1：3～10，获得制备片状钛酸钡模板晶种的前驱体粉体B1；将B1粉体在850℃～1000℃烧结保温1～6小时，得到粉体C1；步骤3：将C1粉体进行清洗，得到片状钛酸钡模板晶种。2.根据权利要求1所述的一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，首先将Bi2O3粉与TiO2粉按摩尔比2:3混合得到A2粉体；将熔盐NaCl与KCl粉按摩尔比0.5～1.5：1混合得到熔盐A3粉体，再将A2和A3粉体按质量比0.5～1.5:1混合，在1050～1150℃保温0.5～3小时；得到粉体A1。3.根据权利要求1或2所述的一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将步骤1中获得的粉体A1与BaCO3和BaCl2钡源按摩尔比1：3～10混合，其中BaCO3和BaCl2的摩尔比为3～5:1，另外加入与钡源等质量的熔盐A3，在溶剂中搅拌混合均匀后置于烘箱中烘干得到B1粉体；将B1粉体放入煅烧设备中烧结，其中烧结温度为850～1000℃保温1～5小时，得到粉体C1。4.根据权利要求1所述的一种片状钛酸钡模板晶种的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将粉体C1分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱立峰，刘东，豆海峰，曾汉杰，庞岩，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：