混合的金属氧化物陶瓷粉末的湿式化学制备中的水热处理制造技术

一种用于形成至少部分结晶的陶瓷粉末的方法包括：在一个水热处理容器中提供处于一个水性悬浮液中的混合的金属氧化物颗粒、在至少150℃的温度和至少200psi的处理压力下加热该水性悬浮液、并且向该水热处理容器中添加一个温度不大于100℃的水性溶液并同时加热并且同时从该水热处理容器中释放蒸气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合的金属氧化物陶瓷粉末的湿式化学制备中的水热处理披露领域本披露总体上涉及混合的金属氧化物陶瓷、特别是陶瓷微粒的湿式化学制备中的水热处理。背景陶瓷粉末被用于制造许多不同类型的装置，包括专用的机械部件、机械部件的涂层、半导体器件、超导器件、装置包装、无源电子部件如电容器、以及更尖端的能量储存装置。对于合成和制造陶瓷粉末存在着许多不同的技术，包括固相合成，如固-固扩散；液相合成，如沉淀和共沉淀；以及使用气相反应物的合成。此外，也可以使用许多相关的制造技术，包括喷雾干燥、喷雾焙烧、金属有机分解、冷冻干燥、溶胶-凝胶合成、熔体凝固、以及类似方式。用于制备陶瓷粉末的常规方法必须要对水不溶性碳酸盐、氧化物、以及有时候的硅酸盐的干粉末进行机械混合，其中该陶瓷组合物的每种成分都单独地仔细进行选择。例如，如果该陶瓷组合物在固溶体中具有九种成分，则根据终端产品化合物所要求的每一种的量值来对应地选择九种起始粉末。这些起始粉末很可能具有不同的中值粒径以及不同的粒度分布。在尝试将该粉末混合物粉碎至每种组分都更小、更均勻的粒度和粒度分布时，将该粉末混合物置于一个球磨机中并且碾磨数小时。该碾磨过程产生了来自球磨机本身的磨屑，该碎屑被结合到该粉末混合物中。由于不同的可商购的起始粉末之间粒度通常大不相同(并且甚至相同粉末的粒度也随批次到批次而显著变化)，很少出现球磨的最佳结果，并且没有得到一种无污染的产物。此外，仍要求另外的处理步骤。球磨过的粉末混合物在高温(但低于开始快速烧结的温度)下的固-固扩散形成了一种单一混合物。该混合物中每种粉末越细，每种的颗粒的表面积与体积之比就越高，从而提供了供固-固扩散发生的每单位重量的每种粉末更大的表面积。典型地，在高温(例如焙烧温度)下经历更长的时间会产生更令人满意的末端产品。通过重复数次顺序的球磨和焙烧步骤(每种要求几个小时)改善了均质性。当然， 此种处理增大了加入粉末中的球磨磨屑的量，由此增大了末端陶瓷产品中的污染量。此外， 更高的均质性程度导致了更高的成本以及更长的处理时间。因此，希望具有改进的湿式化学处理技术来制备用于制造许多不同制造和材料的陶瓷粉末。附图简要说明通过参考附图可以更好地理解本披露，并且对于本领域普通技术人员而言它的多种特征以及优点变得清楚。附图说明图1包括一种用于湿式化学处理混合的金属氧化物陶瓷粉末的示例性方法的流程图。图2包括一种示例性水热处理系统的图示。图3和图4包括分别在水热处理和焙烧之后的示例性粒度分布的图示。图5包括一个示例性微粒的示例性χ射线衍射的图示。图6包括一个示例性微粒的SEM照片。在不同的图中使用相同的参考符号指示类似的或同一个物品。优选实施方案的说明在一个具体实施方案中，混合的金属氧化物陶瓷微粒(如组成改变的钛酸钡) 是通过使一次颗粒从螯合的前体中沉淀、对这些沉淀的一次颗粒进行水热处理、并且分离这些水热处理过的一次颗粒而制备的。可以任选地洗涤这些一次颗粒并使之经历一个热处理，如一个分解处理或焙烧处理。具体地，该水热处理可以在至少150°C的温度和至少 200psi的压力下进行。此外，该水热处理可以在一个开放式水热处理系统中进行。例如，该水热处理系统可以包括一个压力容器、一个加热源、以及位于该容器的顶部的一个冷却区用于冷凝并且保留该容器内部的湿气。此外，该水热处理系统可以包括连接到该压力容器上的一个压缩空气进口或连接到该压力容器上的一个流体进口。进一步， 该水热处理系统可以包括一个气体或蒸气出口。具体地，该水热处理系统是一种开放的系统，其特征为在水热处理过程中水或空气的输入与空气或蒸气的释放相结合。在一个示例性实施方案中，所得的微粒是一种高介电常数的陶瓷粉末，如一种高介电常数的组成改变过的钛酸钡粉末，它可以用于制造高品质的介电器件。在一个实例中，该微粒可以包括组成为(BaBtvAljDvCaa) [Tihili, —ν, Mn5A' μ, D' v, ZrJzO3 的一种掺杂的钡-I丐-错-钛酸盐，其中A = Ag或Zn，A' = Dy、Er、Ho、Y、Yb、或( ；D = Nd、Pr、Sm、或 Gd ;D ‘ = Nb 或 Mo，0. 10 彡 χ 彡 0. 25 ;0 彡 μ 彡 0. 01，0 彡 μ ‘ ^ 0. 01, 0 彡 ν^Ο. 01,0 ^ ν 0. 01,0 < δ ^ 0. 01，并且0. 995 ^ ζ ^ 1. 005,0 ^ a ^ 0. 005。 此类钡-钙-锆-钛酸盐化合物具有一般组成为ABO3的钙钛矿结构，其中稀土金属离子Nd、 Pr, Sm或Gd(具有大的离子半径)可以安排在A位点，并且稀土金属离子07工1~、《0、％、第 IIIB族离子Y或第IIIA族离子( (具有小的离子半径)可以安排在B位点。该钙钛矿材料可以在具有不同的位置对称性的晶格位置处包括受体离子Ag、Zn、Dy、Er、H0、Y、或Yb或供体离子Nb、Mo、Nd、Pr、Sm、或Gd。供体和受体可以在该钡-钙-锆-钛酸盐的晶格结构内形成供体-受体络合物。具体地，该陶瓷粉末包括一种立方的钙钛矿的组成改变过的钛酸钡，它在一个温度范围内、如-400C至85°C的温度范围内或-25°C至65°C的温度范围内是顺磁的。此外，该陶瓷粉末不含或具有低浓度的锶或铁离子。具体地，该陶瓷粉末具有高的介电常数，如至少15000的相对介电常数(K)，如至少18000。在一个实例中，该陶瓷微粒可以由诸如金属硝酸盐、金属螯合物或其任何组合的前体材料形成。该金属硝酸盐或金属螯合物可以包括一种金属离子或氧合金属的离子(包括基于IUPAC公约的周期表的1-14族、镧系元素系列、或放射性元素系列的一种金属或半金属)。例如，该金属离子可以是选自下组，该组包括钡、钙、钛、锆、钇、锰、钕、锡、锌、钒、 铌、钽、钼、钨、镧、铪、铬、或它们的任何组合。具体地说，这些金属离子包括钡、钛、以及以下各项中至少一项钙、锆、钇、锰、钕、锡、锌、钒、铌、钽、钼、钨、镧、铪、铬，或它们的任何组合。一种示例性金属硝酸盐包括硝酸钡、硝酸钙或它们的一种组合。一种示例性的金属螯合物包括一种金属离子或氧合金属离子以及一种螯合剂。金属螯合物被用作该陶瓷粉末的组成成分中一种或多种的前体。一般，螯合作用是在同一配体内的两个或更多个单独结合位点与单个中心原子之间形成或存在键(或其它吸引作用)。在其中存在螯合作用的分子实体(以及对应的化学种类)被称为螯合物。术语二齿螯合物(或双齿螯合物)、三齿螯合物、四齿螯合物以及多齿螯合物通常用来指示配体的潜在结合位点的数目，这些位点中的至少两个被该配体用于形成一种螯合物。在一个实例中，该螯合剂包括可以用一种弱碱中和的一种羧酸。例如，该螯合剂可以包括2-羟基丙酸或α-羟基羧酸。一种示例性的α-羟基羧酸包括2-羟基乙酸(乙醇酸)、2_羟基丁二酸(苹果酸)、2，3- 二羟基丁二酸(酒石酸)、2_羟基-1，2，3-丙三羧酸(柠檬酸)、2_羟基丁酸、2-羟基戊酸、2-羟基己酸，或它们的任何组合。该螯合剂可以用一种弱碱来中和，例如氢氧化铵(NH4OH)。示例性的螯合物披露于美国申请号11/497，744 中，通过引用以其全文结合在此。螯合的溶液还可以包括一种表面活性剂。在水溶液中可以使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·D·威尔，C·W·尼尔森，
申请(专利权)人：埃斯托股份有限公司，
类型：发明
国别省市：