在水蒸气中合成纳米钛酸钡基粉体方法技术

本发明专利技术公开了一种在水蒸气中合成纳米钛酸钡基粉体方法，第一步

【技术实现步骤摘要】
在水蒸气中合成纳米钛酸钡基粉体方法


[0001]本专利技术涉及钛酸钡基粉体合成
，尤其涉及一种在水蒸气中低温固相合成小粒径高四方性钛酸钡基粉体的方法，可规模化制备出粒径小于
100nm、
粒径均匀的四方相钛酸钡纳米颗粒
。

技术介绍

[0002]电子工业是
BaTiO3应用的主要领域，但是制造过程中由于高温煅烧使粉体硬团聚严重，表面活性差，因此希望在低煅烧温度下生产出高介电常数
、
低损耗系数的高密度陶瓷
。
陶瓷材料的电性能对其微观结构非常敏感，用于陶瓷制造的
BaTiO3粉末要求纯度高
、
均匀且分散良好，其球形颗粒尺寸均匀，不大于
200nm
，并且相较于无铁电性的立方相
BaTiO3，四方相
BaTiO3具有自发极化现象，其铁电
、
压电性更加优异，在电容器中介电效率更高，因此对钛酸钡粉体的四方相
、
晶粒尺寸等都提出了更高的要求
。
要求钛酸钡粉末粒径小
、
四方性高
。
[0003]传统的生产纳米级钛酸钡粉体的方法很多，固相法
、
水热合成法以及共沉淀法应用广泛，在工业上很受欢迎
。
传统方法具有诸多缺点，固相法是目前工业生产最多的粉体制备方法，反应条件相对简单，无需复杂的实验操作流程，也无需复杂的生产设备；固相法使用碳酸钡
(BaCO3)
和二氧化钛r/>(TiO2)
的等摩尔混合物，通常在
850℃
到
1400℃
之间进行球磨煅烧，制备的钛酸钡粉体反应温度高
、
反应不均匀，团聚度高，粒径大
(2
‑
5um)
，杂质含量高，导致烧结陶瓷电性能差，其中包括对生成颗粒的形状和大小控制不足，在不需要复杂的工艺以及球磨工艺的条件下很难制备出粒径＜
100nm
的高四方性的纳米钛酸钡颗粒
。
近年来提出关于使用固相合成方法制备纳米钛酸钡粉末相关现有专利如下：
[0004]中国专利
CN108689429A
公开了一种新型低温固相合成钛酸盐粉体的方法，该方法是将金属
Ti
粉和具有氧化性金属盐的固相粉末充分混合，压块；在一定的气氛下，将压制的粉末块在一定的温度下热处理一定的时间后，将热处理后的粉末块体粉碎
、
过筛即获得钛酸盐粉体
。
该方法不仅需要进行粉碎过程，并且在
500
～
600℃
下反应
10h
～
15h
，反应时间较长
。
[0005]中国专利
CN111533553A
公开了一种纳米晶钛酸钡陶瓷及其制备方法，制备方法是将碳酸钡与二氧化钛混合，经球磨
、
砂磨
、
干燥
、
过筛
、
煅烧，得到钛酸钡陶瓷
。
但制备过程需要经过球磨以及高温煅烧，增加了设备要求
。
[0006]中国专利
CN105967227A
公开了一种高分子交联网络辅助的钛酸钡固相合成法，其特征在于把高分子聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶胶，再按比例称量二氧化钛
、
碳酸钡
、
溶剂，并加入少量上述聚合物溶胶作为分散剂，然后利用氧化锆珠作为研磨介质，进行充分的研磨分散，制得浆料，充分研磨分散后得到的浆料中再加入上述聚合物溶胶，充分搅拌均匀，然后添加交联剂并静置，干燥后得到干料，煅烧后得到钛酸钡粉体
。
虽然制备干料过程是在低温下完成的，但最终需要煅烧，煅烧的温度高达
1000
‑
1200℃。
[0007]中国专利
CN110642617A
一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料，
其特征在于将
SrCO3、Bi2O3和
TiO2混合后球磨得到混合料，烘干
、
研磨
、
过筛后于
950℃
下进行预烧，保温
3h
后冷却至室温，再次球磨得到
Sr0.7Bi0.2TiO3；将
BaCO3与
TiO2混合后球磨得到混合料，烘干
、
研磨
、
过筛后于
1000℃
下进行预烧，保温
4h
后冷却至室温，再次球磨得到
BaTiO3。
制备过程均在较高温度下进行，并且进行了球磨过程，使得粒子尺寸分布变得过宽，密度可能下降
。
[0008]中国专利
CN111393161A
公开了一种钛酸铋钠钛酸锶基储能陶瓷材料及其制备方法，该制备工艺将以
Na2CO3粉体
、Bi2O3粉体
、TiO2粉体
、SrCO3粉体
、BaCO3粉体和
Nb2O5粉体为原料，按化学计量进行配料，先进行一次球磨，向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨
12
～
24
小时，使粉体混合均匀形成浆料
。
将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料，将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为
750
～
800℃
，保温时间2～4小时，将预烧后的料块在研钵中进行二次球磨，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨
12
～
24
小时，使粉体混合均匀形成浆料后烘干，并在研钵中研磨成粉料
。
该制备过程涉及多次球磨以及高温煅烧
。
[0009]水热合成法以及共沉淀法相对于固相法而言，可以在较低温度下生成超细
BT
粉，但水热合成法工艺复杂，反应时间长，产率低；共沉淀法则是先制备出前驱体沉淀，然后在较高温度下
(
＞
900℃)
进行热分解生成钛酸钡粉体，热分解过程中会在粒子间形成硬的团聚体，导致粉体粒径增加，需要用强烈研磨来去除这些硬的团聚体，但由于强烈研磨过程中粒子尺寸分布变得过宽，密度可能下降，一些介电性能受到了不利影响；又由于强烈研磨过程中产生了大量的微细粒子，成形时很难分散粉末，而且烧结过程中能观察到晶粒异常长大，这导致共沉淀法很难制备出小颗粒尺寸的钛酸钡粉体
。

技术实现思路

[0010]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种可规模化制备出粒径小于
100nm、
粒径均匀的四方相的合成纳米钛酸钡基粉体方法
。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种在水蒸气中合成纳米钛酸钡基粉体方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步
、
以工业
BaO
和
TiO2为原料，取
BaO
和
TiO2的钡钛摩尔比为
0.99
～
1.06
的粉体完全混合；第二步
、
将完全干燥的混合粉体放入聚四氟乙烯敞口容器中，再将聚四氟乙烯敞口容器置于不锈钢密封灭菌高压器中；同时在聚四氟乙烯敞口容器与不锈钢密封灭菌高压器之间填充
1/3
～
2/3
的水；第三步
、
向水施加压力并加热，产生水蒸气气氛，使得
BaO
和
TiO2发生反应合成钛酸钡初始粉体，反应过程中水蒸气的温度为
110
～
200℃
，水蒸气的平衡压力为
0.13MPa
～
1.6MPa
，反应时间为1～
24h
；第四步
、
打开不锈钢密封灭菌高压器，从聚四氟乙烯敞口容器中取出制备好的钛酸钡初始粉体，先将钛酸钡初始粉体用乙酸溶液，再用去离子水或蒸馏水洗涤；第五步
、
将洗涤后的钛酸钡在
30
～
100℃
的干燥箱内进行干燥，得到粒径
50
～
100nm
的四方相合成纳米钛酸钡基粉体
。2.

【专利技术属性】
技术研发人员：于杰，唐淼，徐旭辉，徐明丽，刘意春，穆菡泽，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：