本发明专利技术公开了一种制备钛酸盐压电陶瓷粉体的环境协调型方法，乳酸为螯合剂、膨化剂、造孔剂，采用水基溶胶-凝胶法，在常温下配制溶胶，溶胶调pH后，在80℃~160℃下真空浓缩或者常压除溶剂后得凝胶，凝胶在180℃~200℃下经过独特的膨化工艺和自燃途径后获得纳米自燃物，自燃物在550℃~600℃下预烧后得纳米粉体；取上述粉体，经过造粒、压片、排塑工序后，生坯片在超低温950℃~1025℃条件下1~2小时完成烧结得陶瓷片，在常温硅油中极化，静置后即获得钛酸盐压电陶瓷成品。本发明专利技术对当今压电陶瓷的生产工艺实现高质量，低耗能低成本及环境友好化的转型具有重要的实用价值，同时对于追求无团聚且具有超大比表面积的钛酸盐化合物应用领域有着重大的革新作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钛酸盐压电陶瓷粉体的制备技术，尤其涉及一种水基溶胶-凝胶法制备钛酸盐化合物无团聚纳米粉体的技术。属于功能材料及采用绿色化环境协调型技术生产纳米粉体的领域。
技术介绍
从钛酸盐压电陶瓷材料发现到至今，工业生产一直采用传统的固相合成法，但是其工艺有难以克服的弊端组份难以均一，球磨亦引入杂质且设备损坏率较高，粗糙的微米级颗粒，850°C、00°C的粉体预烧温度，IlOO0C 1300°C高温陶瓷烧结，并且都需要2飞小时的长时间保温，对设备的硬性指标要求较高，耗能耗时，同时高温烧结导致金属离子的严重挥发引起的计量不准确等都严重制约着成品压电陶瓷的质量和性能，虽然研究者对各类体系的压电陶瓷都进行改性和复合，但是生产技术层次的落后决定着产品指标远远达不到设 计要求，所以寻求一种能够克服传统工艺的种种弊端的新制备技术，成为该领域研究的一个热点和难点。溶胶-凝胶法制备压电陶瓷技术就是热点之一，其作为一种研究较早的技术，具备工艺简单，计量准确，组份均一，低温烧结(1050°C 1140°C，2^3小时)，可制备出纳米粉体，产品性能良好等优点，使其成为研究的一大热点，极具潜力实用化，实现全球压电陶瓷生产技术的工业化转型。但是几十年来，传统的溶胶-凝胶法一直局限于实验阶段，徘徊不前，未能有所突破，难以工业化，究其原因在于①传统的溶胶-凝胶法多为醇基溶胶-凝胶法，其采用了大量的有机溶剂(如乙醇、乙二醇、乙二醇甲醚、丙三醇等)和昂贵的有机原料(主要为羧酸盐)，无法真正意义上实现低成本，绿色化，环境协调性；②溶胶除溶剂过程造成严重的环境污染，配制的溶胶不稳定造成可操作性差，难以实用，只能局限于实验研究，却不能大规模的工业化，导致至今的压电陶瓷的生产依旧采用传统的固相合成法。因此探索一条以绿色溶剂和绿色原料为主的溶胶-凝胶工艺路线具有重要的研究意义和应用价值，尤其是采用绿色资源水代替有机类的溶剂，对全球压电陶瓷生产技术的环境协调化转型具有革命性的意义。多年来，国际上只有极少的文献和专利报道了绿色化的溶胶-凝胶法的相关工艺，绿色化主要是将有机溶剂改为单一的纯水为溶剂，有机原料改为氧化物和无机盐，但是仅有的少数报道中，其工艺都含有相当量的有机溶剂，水只是充当了一种介质而已，不能完全意义上的实现绿色化。绿色化的水基溶胶-凝胶工艺，主要指除螯合剂和特殊原料外，不引入任何的有机溶剂，从而在单一的水性条件下制备出稳定的溶胶，溶胶在除溶剂的过程中能保持稳定的状态，具有易操作、易工业化等特点。但因水为一种极性较强的物质，大多数有机螯合剂并不溶于水，或者难以在强极性的溶剂中有效完成对金属离子的络合，亦或者螯合剂昂贵不实用；而已发现的柠檬酸盐法虽然可以在水性条件下有效的络合金属离子，可是其工艺制备出的粉体，较粗糙、易结块等，效果与醇基的溶胶-凝胶法相差甚远，因此纵使其有研究价值，却不具备实用价值。另外，钛酸盐化合物的钛源，主要为二氧化钛、硫酸氧钛、氯化钛、钛酸四丁酯等，虽然价格居于均衡，但是它们要么不溶于水，要么遇水即快速水解，生成氢氧化钛，进而水解为二氧化钛，难以制备溶胶。因此突破水基溶胶-凝胶工艺的关键在于寻找一种特殊的螯合剂，其需同时具备亲水性、亲钛源、能定向抑制钛源水解、有效完成对多种金属离子的络合、廉价实用、环境协调型、易操作、产品质量高等特点，这对水基螯合剂的选择是 一道难以逾越的屏障，纵观国际上诸多的研究成果，数十年来并未对水基溶胶-凝胶工艺获得任何突破性的进展。因此发现一种新型的水基螯合剂，探索出一条全新的水基溶胶-凝胶法制备技术路线，能完全克服固相合成法带来的致命缺陷，又能克服传统的溶胶-凝胶法的引起多种弊端，并且能够实现完全意义上的绿色化的水基溶胶-凝胶工艺，就成为国际上研究的极难点。
技术实现思路
本专利技术的目的克服传统固相合成法和传统溶胶-凝胶法制备技术的缺陷，提供一种环境协调型制备钛酸盐压电陶瓷粉体的方法。真正意义上实现了工艺的绿色化，环境协调型，低成本，低耗能，优异的可操作性，实用化；实现压电陶瓷制备技术质的飞跃，为压电陶瓷行业生产技术的转型奠定基础。本专利技术的技术方案如下，包括以下步骤( I)采用绿色资源纯水作为唯一的溶剂，金属氧化物和碳酸盐为原料，或者金属氧化物替换为硝酸盐，视钛源的不同选用氢氟酸或浓硫酸或硝酸作为溶解剂，氨水或尿素为中和剂，硝酸铵为助燃剂，该硝酸铵由氨水和硝酸引入或者单独加入，钛源为钛酸四丁酯或偏钛酸、硫酸氧钛、硫酸钛、二氧化钛、四氯化钛之一或其组合，乳酸为螯合剂、膨化剂、造孔齐IJ，采用水基溶胶-凝胶法，在常温下配制溶胶，溶胶调pH后，在80°C 160°C下真空浓缩或者常压除溶剂后得凝胶，凝胶在180°C 200°C下经过独特的膨化工艺和自燃途径后获得纳米自燃物，自燃物在550°C飞00°C下预烧O. 5^1小时后得纳米粉体，粉体无团聚，呈薄层微孔状，薄层厚度< 10nm，具有较大的比表面积；(2)取上述粉体，经过造粒、压片、排塑工序后，生坯片在超低温950°C 1025°C条件下广2小时完成烧结，即得相组成单一、微观结构极其致密的陶瓷片，晶粒大小约300nnT800nm，陶瓷片经过涂银，烧银后，在常温硅油中，施加I. 5^3. 5kV/mm的直流电场，极化1(Γ20分钟，极化温度为常温 80°C，静置后即获得钛酸盐压电陶瓷成品。本专利技术具有以下技术效果( I)溶剂和原料为最简单的试剂，实现了绿色化，低成本，克服了传统溶胶-凝胶法最致命的缺陷。(2)专利技术一种新型水基螯合剂-乳酸，其具备亲水性、亲钛源、络合效率高、廉价实用、环境协调型、易操作、产品质量高等特点，突破了水基溶胶-凝胶工艺的关键性障碍；(3)采用乳酸为螯合剂，配制出极其稳定的溶胶，克服了传统的溶胶不稳定的因素；(4)采用乳酸为膨化剂及独特的膨化工艺，实现了粉体的无团聚，克服了固相合成法和传统溶胶-凝胶法的粉体团聚严重的现象；(5)采用乳酸为造孔剂及特殊的两段造孔技术，实现了粉体的薄层状、多微孔效果，极大的增加了粉体的比表面积；(6)专利技术了乳酸同时充当螯合剂、膨化剂、造孔剂的三位一体的制备技术；(7)粉体采用超低温度短时间完成预烧，克服了固相合成法的高温长时间预烧，有效的降低了能耗；并且粉体晶粒的细度超过了传统溶胶-凝胶法；(8)陶瓷的烧结温度和时间大大降低，源于其粉体的不团聚、薄层微孔化、纳米化、较大的比表面积等，不但低于固相合成法，也低于传统溶胶-凝胶法，降能耗明显；也有效的避免高温下金属离子的挥发问题；(9)陶瓷的致密度极高，高于固相合成法；陶瓷晶粒的尺寸小于传统溶胶-凝胶法，致密度的提高和晶粒的细小使其电学性能优异；( 10)极化的常温化，低电压短时间化，相对于固相合成法和传统溶胶-凝胶法更·具有优势。附图说明图1，为实施例I的凝胶的红外光谱(IR)；图2，为实施例I的凝胶的X-衍射(XRD )图3，为实施例I的纳米自燃物的XRD ；图4，为实施例I的纳米自燃物的普通数码照(GPJ)图5，为实施例I的凝胶同步热分析仪(TG-DSC)；图6，为实施例I的600°C预烧I小时的粉体的XRD ；图7，为实施例I的600°C粉体的扫描电镜(SEM)，7a_b ；图8，为传统的溶胶-凝胶法BNKLT，600°C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备钛酸盐压电陶瓷粉体的环境协调型方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用绿色资源纯水作为唯一的溶剂，金属氧化物和碳酸盐为原料，或者金属氧化物替换为硝酸盐，视钛源的不同选用氢氟酸或浓硫酸或硝酸作为溶解剂，氨水或尿素为中和剂，硝酸铵为助燃剂，该硝酸铵由氨水和硝酸引入或者单独加入，钛源为钛酸四丁酯或偏钛酸、硫酸氧钛、硫酸钛、二氧化钛、四氯化钛之一或其组合，乳酸为螯合剂、膨化剂、造孔剂，采用水基溶胶？凝胶法，在常温下配制溶胶，溶胶调pH后，在80℃~160℃下真空浓缩或者常压除溶剂后得凝胶，凝胶在180℃~200℃下经过独特的膨化工艺和自燃途径后获得纳米自燃物，自燃物在550℃~600℃下预烧0.5~1小时后得纳米粉体，粉体无团聚，呈薄层微孔状，薄层厚度＜10nm，具有较大的比表面积；（2）取上述粉体，经过造粒、压片、排塑工序后，生坯片在超低温950℃~1025℃条件下1~2小时完成烧结，即得相组成单一、微观结构极其致密的陶瓷片，晶粒大小约300nm~800nm，陶瓷片经过涂银，烧银后，在常温硅油中，施加1.5~3.5kV/mm的直流电场，极化10~20分钟，极化温度为常温~80℃，静置后即获得钛酸盐压电陶瓷成品。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖运文，姜宁，
申请(专利权)人：西华师范大学，
类型：发明
国别省市：
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