[发明专利]一种掺锡钛酸钡纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺锡钛酸钡BaTi_1-xSn_xO₃纳米粉体的制备方法，特别涉及一种通过溶胶-凝胶法制备掺锡钛酸钡纳米粉体的方法。

背景技术

钛酸钡基陶瓷因具有较高的介电常数且对环境无污染而被广泛地用作多层陶瓷电容器(MLCC)的介电材料。但纯钛酸钡陶瓷的介电温度稳定性较差，即其介电常数随使用环境温度的变化很大，且在室温下介电常数较小，因此需要通过掺杂其它元素控制其微观结构、提高介电常数和改善介电温度稳定性；更重要的是制备细晶薄层MLCC材料必须采用多种成分掺杂的钛酸钡基纳米粉体材料，以满足MLCC日益小型化、大容量化的发展要求。另外，钛酸钡系正温度系数热敏陶瓷材料(简称PTC材料)以其独特的“电阻-温度”特性广泛应用于各种类型PTC元件的制备。电子工业的迅速发展，对PTC材料的需求量越来越大，对其性能要求越来越高。在众多制备方法中，Sol-gel法制得的钛酸钡基粉体性能比固相法、液相共沉淀法要优越得多，不仅其反应条件温和，组分混合达到分子级水平，而且粉体平均晶粒径容易达到纳米数量级。在诸多的改性剂中，将Sn⁴⁺引入到BaTiO₃的B位以置换Ti⁴⁺，可以形成钛锡酸钡(Ba(Ti_1-xSn_x)O₃)固溶体(BST)，这种固溶体表现出弥散宽化的铁电相变特征，具有高的介电常数和低的介电损耗以及居里温度可调等特性。稀土和钴元素无论以何种方法掺杂都易于实现，但Sn⁴⁺的掺杂却不易实现。由于高价锡化合物化学性质的特殊性，目前掺锡方式多为固相掺杂，即先通过固相法、水热合成法或化学沉淀法等制得纯钛酸钡粉体，然后以氧化物(SnO₂)或无机盐(BaSnO₃)等形式进行掺杂，需经球磨、煅烧等工艺实现掺杂(YunLiu，Ray L.Withers，Xiaoyong Wei，et al.Journal of Solid State Chemistry 2007，180：858-865.Hong-Hsin Huang，Moo-Chin Wang，Chung-Yuan Chen，et al.Materials Science and Engineering A 2006，433：279-285.)。这种掺杂方法，对原料的纯度和粒度要求严格。而且由于SnO₂具有较好的化学稳定性，使其掺杂不均匀，影响产品的性能稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备均匀掺锡钛酸钡纳米粉体的方法，该方法以有机锡、钛酸四丁酯、醋酸钡等为原料，通过溶胶-凝胶法制备掺锡钛酸钡纳米粉体材料，以克服现有技术掺杂不均匀的不足。

实现上述目的的本发明的制备工艺步骤依次如下：

A、将钛酸四丁酯与醋酸或醋酸的醇溶液混合制得钛酸四丁酯溶液；

B、将醋酸钡水溶液加至钛酸四丁酯溶液中，用醋酸调节溶液pH值为3.0～5.0，然后加入有机锡的醇溶液，在30～100℃凝胶化，干燥得干凝胶粉；

C、干凝胶粉在650～1250℃焙烧、球磨得预烧粉体BaTi_1-xSn_xO₃，其中x为0.01～0.30。

上述工艺步骤A中，钛酸四丁酯与醋酸或醋酸的醇溶液混合制得钛酸四丁酯溶液，既可以搅拌溶解，也可以用超声分散帮助溶解；醇作为溶剂出现，所述醋酸的醇溶液为醋酸与乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇或其混合醇的混合溶液；醋酸的加入主要是控制钛酸四丁酯的水解和聚合速度，因此，它的加入量至少使钛酸四丁酯不分解为宜，钛酸四丁酯与醋酸的物质的量之比为1:m，其中2≤m≤6。

为了得到相组成和显微结构良好的掺锡钛酸钡纳米粉体，相对钛的含量，锡的加入量为0.1～30.0mol％，加入的锡为有机锡，有机锡溶液中锡含量由重量法确定；所述的有机锡为R_nSnY_4-n，其中n为1至4的正整数，R为甲基、丁基、辛基或苯基；Y为月桂酸根、马来酸根、甲酸根、松香酸根、亚油酸根、醋酸根、丁烯二酸根或苯甲酸根，例如二醋酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡等。干凝胶粉焙烧保温时间0.5～8h即可。

本发明所述的制备掺锡钛酸钡纳米粉体的方法具有以下优点和积极效果：