[发明专利]一种高密度球形钛酸钡粉体颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸钡粉体的制备方法。

技术背景

钛酸钡具有良好的介电、铁电、压电性能，是一种具有广泛应用领域的电子陶瓷材料。作为电子陶瓷材料的烧结原料，钛酸钡粉体颗粒通常需要满足粒径小且分布均匀，纯度高，无团聚，呈致密球形等要求。

在钛酸钡粉体的制备方法中，题目为“Synthesisand sinteringof barium titanate fine powders by ultrasonic spray pyrolysis”的文献(TAKASHI OGIHARA，HITOSHI AIKIYO，NOBUOOGATA，NOBUYASU MIZUTANI.Advanced Powder Technol.VOl.10，No.1，1999：37-50)提供了一种喷雾热分解法的工艺，以钛酸四异丙酯，醋酸钡为前驱体，可以实现由前驱体溶液到粉末颗粒的一步合成，其产物通常呈非团聚状的球形。该工艺对于产物颗粒的粒径、形貌、致密度、物相组成及分布具有一定的可控性，但存在着所制得的BaTiO₃粉体颗粒中易出现碎片、破壳及多孔中空颗粒。这些具有不良形貌特征的颗粒经烧结后会导致晶体的过分生长及电子陶瓷材料的低振实密度，从而影响最终电子陶瓷器件的性能。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种能改善所制得钛酸钡粉体颗粒形貌的制备方法。

本发明的方法是，以浓度为0.1～0.3mol·L^-1的钛酸四异丙酯及醋酸钡为前驱体，添加有机酸至浓度为0.2～0.5mol·L^-1的或添加尿素至浓度为0.5～1.5mol·L^-1，在混合溶液流量为1～4ml·min^-1，载气流量范围为1～4L·min^-1，温度范围为700～1000℃的条件下采用超声喷雾方式制备钛酸钡颗粒。

有机酸包括柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸、抗坏血酸等不与钛酸四异丙酯及醋酸钡形成沉淀的脂肪族羧酸。

本发明方法的优点是，通过改变溶液的性质，有效地克服了喷雾热分解法的现有技术中存在的粉体颗粒产生碎片、破壳及多孔中空等现象；原料在溶液状态下混合，可精确控制化学计量比，保证了组分分布均匀，纯度高；工艺过程简单，一步即获得成品，组分损失少，无过滤、洗涤、干燥、粉碎过程，操作简便，生产过程连续，无污染排放。

附图说明

图1为本发明方法的超声喷雾热分解实验装置示意图；

图2为本发明方法中柠檬酸浓度为0.3M时制得的粉体颗粒的SEM照片；

图3为本发明方法中柠檬酸浓度为0.3M时制得颗粒的XRD图谱；

图4为本发明方法中草酸浓度为0.4M时制得颗粒的SEM照片；

图5为本发明方法中草酸浓度为0.4M时制得颗粒的XRD图谱；

图6为本发明方法中酒石酸浓度为0.5M时制得颗粒的SEM照片；

图7为本发明方法中酒石酸浓度为0.5M时制得颗粒的XRD图谱；

图8为本发明方法中尿素浓度为1.0M时制得的粉体颗粒的SEM照片；

图9为本发明方法中尿素浓度为1.0M时制得的粉体颗粒的XRD图谱。

具体实施方式

量取一定剂量的钛酸四异丙酯(TTIP)，并逐滴加入稀0.1～0.5M HNO₃溶液中，在300r/min下强烈搅拌1～3小时，待溶液变纯清且无可见沉淀后，按等摩尔浓度(摩尔比1∶1)加入Ba(CH₃COO)₂，在200r/min下轻微搅拌混合溶液，并加入去离子水稀释至所需浓度。常规条件下，前驱体溶液浓度通常设定为0.1～0.3mol·L^-1，以0.1～0.2mol·L^-1为佳。

将有机酸或尿素分别按不同剂量的浓度范围加入至前驱体溶液中制成混合溶液。

混合溶液中柠檬酸的浓度范围甚至可为0.1～0.5mol·L^-1，当柠檬酸的浓度为0.3～0.5mol·L^-1时为形貌最优化状态，当加入柠檬酸的浓度进一步增大时，所得颗粒呈膨化的空壳状。

溶液中草酸的浓度范围甚至可为0.1～0.6mol·L^-1，最佳为0.3～0.5mol·L^-1。

溶液中酒石酸的浓度范围甚至可为0.2～0.8mol·L^-1，最佳为0.3～0.6mol·L^-1。