一种制备钛酸锶粉体的方法技术

本发明专利技术提供了制备钛酸锶粉体的方法，采用四氯化钛溶液和氯化锶溶液为原料，以碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液为沉淀剂，通过液相化学共沉淀反应，得到钛酸锶前驱体沉淀物。将所述沉淀物从反应溶液体系中分离后，进行洗涤、干燥，随后在旋转、动态高温下煅烧，得到钛酸锶粉体。本发明专利技术的方法对环境友好、工艺过程简单，便于工业化生产，得到的钛酸锶粉体质量稳定，纯度高、均匀性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及一种通过化学共沉淀反应制备钛酸锶粉体的方法。
技术介绍
钛酸盐在电子元器件方面用途广泛，被誉为“电子工业的支柱”。而钛酸锶(SrTi03)粉体是电子工业应用较为广泛的电子陶瓷材料，其介电损耗小、色散频率高、热稳定性好，而且还有优异的半导体性能，是一种优良的电子陶瓷材料。随着电子器件微型化程度和集成度的进一步提高，钛酸锶逐渐成为一种很有吸引力的功能材料，其应用前景非常广阔，人们对钛酸锶的制备工艺也开展了广泛的研究。 目前，钛酸锶的制备方法有很多，主要有高温固相反应法、溶胶凝胶法、水热法和共沉淀法。高温固相法是把碳酸锶和氧化钛的粉末混合均匀压片后进行高温煅烧，由于在对固体粉末的混合过程中难免引入杂质、并且难以达到完全均匀的混合效果，该方法后获得的钛酸锶粉体在纯度、粒度及组成均匀性等方面较差，从而极大地影响产品的性能。溶胶-凝胶法的基本思路是以钛醇盐与锶盐(包括锶的有机化合物)为原料，通过水解、聚合、干燥等过程得到固体的前驱物，最后再经适当热处理得到粉体材料。溶胶-凝胶法可以有效地改善钛酸锶粉体的纯度和均匀性，但其原料价格昂贵、有机溶剂具有毒性以及高温热处理会使粉体快速团聚，反应周期长，工艺条件不易控制，产量小，难以放大和实现工业化应用。水热法是指在密闭的压力容器中，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。水热法反应过程不容易控制，反应不完全，对设备要求也很高。因此，若使用目前的固相法、溶胶-凝胶法、水热法等工艺制备的钛酸锶均存在不足和缺陷。而化学共沉淀法制备陶瓷粉体材料相对于上述几种方法具有一定的优势。化学共沉淀法是指在含有多种金属阳离子的混合金属盐溶液中加入合适的沉淀剂，经化学反应生成各种成分具有均一相组成的共沉淀物，进一步热分解得到超细粉体。化学共沉淀法能够实现沉淀物在分子级水平上的混合，从而有这种沉淀物制备得到粉体的成分均匀度非常好。在钛酸锶制备中，应用较为广泛的是草酸盐共沉淀法和碳酸盐共沉淀法。草酸盐共沉淀法相对于碳酸盐共沉淀法成本较高。而碳酸盐共沉淀法是采用氨水、碳酸氢氨或碳酸铵，使得溶液中的金属离子成为碳酸盐或氢氧化物沉淀出来。朱启安等(湖南工程学院学报，2004，14 ⑷68-70)采用 TiCl4 和 SrCl2 · 6H20 作为反应物，以(NH4)2CO3 和 NH3 · H2O为沉淀剂，生成SrCO3与TiO (OH) 2的共沉淀，高温煅烧得到平均粒径小于O. 3um的钛酸锶粉体。王开明(电子元件与材料，2005，24 (4) 9-12)等采用SrCl2 · 6H20、TiCl4、碳酸氢氨和无水乙醇为原料，快速高强度机械混合条件以及陈化时间等工艺条件，制备出分散性、过滤性均好的粒径为3-4nm钛酸锶粉体前驱体，再通过920°C焙烧，获得分散性良好、结晶度较好、平均粒径为56nm的立方相钛酸锶纳米粉体。用上述方法制备钛酸锶粉体在高温煅烧过程中会产生含氨、氮的气体，对人体和环境危害较大，用于工业化生产时需要增加废气收集和回收、处理装置，设备投资和维护费用较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是要避免固相法、溶胶-凝胶法、水热法等工艺，以及其他现有化学共沉淀法的不足，提供一种粉体纯度和均匀性好、生产工艺对环境友好、便于工业化生产的钛酸锶粉体生产方法。本专利技术提供了，其特征在于依次包括如下步骤 (I)溶液配制将四氯化钛用盐酸稀释，配制成四氯化钛的盐酸溶液；将氯化锶溶解于水中，配制成氯化锶水溶液；将所述配制好的氯化锶水溶液与所述的四氯化钛的盐酸溶液混合，得到含钛离子和锶离子的溶液；分别配制碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液；(2)化学沉淀将所述的碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合，作为沉淀剂溶液；将所述的含钛离子和锶离子的溶液与所述沉淀剂溶液进行混合，得到反应溶液，进行化学沉淀反应；反应完成后静置陈化；(3)固液分离和洗涤将化学沉淀反应得到的产物进行固液分离，对固体沉淀物进行反复洗涤；洗涤过程中也可以加入在洗涤液中加入体积百分比为O. 2% -O. 25%的分散剂，阻止团聚。本专利技术中特选的分散剂为乙二醇单丁醚。(4)分散、干燥和煅烧将洗涤好的沉淀物进行分散和干燥，之后旋转、动态煅烧，得到钛酸锶粉体。下面，将对整个制备过程中的一些细节给出进一步地优选操作和工艺参数。(I)溶液配制进一步，配制的含钛离子和锶离子的溶液中，将锶、钛元素的摩尔比比控制在1. 00-1. 02。根据化学分子式，锶钛比的理论值是1: 1，但由于各种操作技术上的原因，实际产品的锶钛比数值可能会与理论值有一定差距，为此，可以通过稍增加锶的份额来改善上述问题。申请人通过反复地实验，得出当锶钛比为1. 00-1. 02时，共沉淀生成的钛酸锶和氢氧化钛能较好地定量反应生成纯度较高的SrTiO3粉体。为了抑制四氯化钛的水解，优选将其溶于pH < 2的盐酸中，并且优选现配现用。否贝U，放置时间过长，四氯化钛仍会发生一定的水解。进一步，在所述步骤I中，配制的含钛离子和锶离子的溶液中，锶、钛离子的总浓度优选为O. 4-0. 6mol/L、更优选为O. 5mol/L，配制的碳酸钠溶液的浓度为10-17Wt%、更优选为15wt%，为氢氧化钠溶液的浓度为l_3mol/L、更优选为2mol/L。上述各种溶液中用到的水优选使用超纯水。对于其中氯化锶溶液的配制，还可以用碳酸锶和盐酸作为原料通过反应和稀释过程得到。(2)化学沉淀进一步，在所述步骤2中，进行化学沉淀反应的碳酸钠与氯化锶的摩尔比控制在1.0-1. 50的范围内。碳酸钠的作用，主要是用于沉淀锶离子，而适当过量的碳酸钠能保证溶液锶离子尽量被完全沉淀，从而提高产品的纯度。当然，为了避免不必要的浪费，碳酸钠的使用量也不必过多。在所述步骤2中，进行化学沉淀反应的氢氧化钠的量大体上根据溶液中钛离子的量来确定，可以适当过量，并通过氢氧化钠溶液行调节和控制反应溶液的pH。进一步，反应溶液的pH优选控制在10以上。较高的pH值下，有利于沉淀反应的发生和充分进行，并且有利于沉淀物在反应溶液体系中的稳定存在。随着终点PH值的增大，锶离子沉淀越完全，产物的锶钛比越接近与原料的锶钛比，并且产物的粒度也随着pH值的增大而减小。申请人通过反复地实验，得出当PH值控制在10以上的时候，可以确保得到化学计量比和颗粒度较为理想的产物。对于反应溶液的pH值，可以并用氢氧化钠溶液进行调节。例如，在配制沉淀剂溶液时，可以先加入沉淀反应所需氢氧化钠量的一部分，如70-90%，具体例如为80%，后续在进行沉淀反应时，随时根据反应溶液体系的PH值变化情况，补加入剩余的氢氧化钠溶液，使得反应溶液体系的PH值保持在10以上。 进一步，含钛离子和锶离子的溶液与沉淀剂溶液进行混合，可以按照如下操作进行，将钛离子和锶离子的溶液以2-3毫升/分钟加入到盛有沉淀剂溶液的容器中，同时对该容器中的溶液进行快速搅拌或振荡。其中优选采用搅拌的方式进行，搅拌的速度应尽量快，只要没有物质外溅出反应容器即可，快速地搅拌有利于溶液的充分混合和沉淀反应的进行。在将两种溶液完全混合后，优选继续搅拌1-1. 5时，确保溶液中的钛、锶离子与沉淀剂充分结合形成沉淀。反应完成后，优选静止陈化1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钛酸锶粉体的方法，其特征在于依次包括如下步骤：(1)溶液配制：将四氯化钛用盐酸稀释，配制成四氯化钛的盐酸溶液；将氯化锶溶解于水中，配制成氯化锶水溶液；将所述配制好的氯化锶水溶液与所述的四氯化钛的盐酸溶液混合，得到含钛离子和锶离子的溶液，所述溶液中锶、钛元素的摩尔比大于1.00并不超过1.02；分别配制碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液；(2)化学沉淀：将所述的碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合，作为沉淀剂溶液；将所述的含钛离子和锶离子的溶液与所述沉淀剂溶液进行混合，得到反应溶液，进行化学沉淀反应；反应完成后静置陈化；(3)固液分离和洗涤：将化学沉淀反应得到的产物进行固液分离，对固体沉淀物进行反复洗涤；(4)分散、干燥和煅烧：将洗涤好的沉淀物进行分散和干燥，之后煅烧，得到钛酸锶粉体。

【技术特征摘要】
1.一种制备钛酸锶粉体的方法，其特征在于依次包括如下步骤 (1)溶液配制将四氯化钛用盐酸稀释，配制成四氯化钛的盐酸溶液；将氯化锶溶解于水中，配制成氯化锶水溶液；将所述配制好的氯化锶水溶液与所述的四氯化钛的盐酸溶液混合，得到含钛离子和锶离子的溶液，所述溶液中锶、钛元素的摩尔比大于1. OO并不超过1.02 ;分别配制碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液； (2)化学沉淀将所述的碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合，作为沉淀剂溶液；将所述的含钛离子和锶离子的溶液与所述沉淀剂溶液进行混合，得到反应溶液，进行化学沉淀反应；反应完成后静置陈化； (3)固液分离和洗涤将化学沉淀反应得到的产物进行固液分离，对固体沉淀物进行反复洗漆; (4)分散、干燥和煅烧将洗涤好的沉淀物进行分散和干燥，之后煅烧，得到钛酸锶粉体。2.根据权利要求2所述的制备钛酸锶粉体的方法，其中所述步骤I中配制的含钛离子和锶离子的溶液中，锶、钛离子的总浓度为O. 4-0. 6mol/L。3.根据权利要求1所述的制备钛酸锶粉体的方法，其中所述步骤I中配制的碳酸钠溶液的浓度为10_17wt%，氢氧化钠溶液的浓度为l-3mol/L。4.根据权利要求1所述的制备钛酸锶粉体的方法，其中所述步骤2中进行化学沉淀反应的碳酸钠与氯化锶的摩尔比控制在1. 0-1. 50的范围内；进行化学沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，范永忠，路红霞，李武斌，王梁，
申请(专利权)人：内蒙古自治区冶金研究院，
类型：发明
国别省市：