[发明专利]含低游离碱土金属氧化物的碱土金属钛酸盐及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子功能陶瓷材料及其制备技术，尤其是涉及一种含低游离碱土金属氧化物的碱土金属钛酸盐及其制备方法。

背景技术

钛酸锶和钛酸钡材料是一种用途广泛的电子功能陶瓷材料，可以广泛应用于多种电子元器件的制造。现有的钛酸锶和钛酸钡的制备方法较多，常用的有固相法、草酸共沉淀法、溶胶凝胶法等方法。

所述溶胶凝胶法是以水溶性锶盐/钡盐和钛酸酯/钛醇盐为原料，通过水解、聚合、干燥等过程得到固体的前驱物，而后再经过热处理，得到钛酸锶或钛酸钡产品。所述草酸共沉淀法是将钛源和锶源/钡源物质混合，进行液相化学反应，生成凝胶状沉淀，而后进行高温煅烧，得到钛酸锶或钛酸钡产品。所述固相法是将氧化钛和碳酸锶（碳酸钡）或其它钛源和锶源（钡源）混合，采用球磨等方式固相研磨，而后在一定温度下煅烧，得到钛酸锶产品。

但是，固相法、草酸共沉淀法、溶胶凝胶法等制备碱土金属钛酸盐的方法，均没有彻底解决碱土金属钛酸盐粉体中游离碱土金属氧化物高的技术问题，给下游电子元器件行业带来较严重的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有碱土金属钛酸盐中游离碱土金属氧化物含量高、现有固相法煅烧温度高、产品粒度分布宽的缺陷，提供一种含低游离碱土金属氧化物的碱土金属钛酸盐及其制备方法，使得所得碱土金属钛酸盐粉体中游离碱土金属氧化物含量低，且煅烧温度低，所得产品粒度分布窄。

以往固相合成中都是采用反应摩尔比的碱土金属源（例如碳酸锶/钡）和钛源（例如二氧化钛）进行反应，而本发明在现有固相合成基础上，使反应原料配比偏析，即碱土金属源（例如碳酸锶/钡）和钛源（例如二氧化钛）摩尔比为1.04～1.08：1.0，固相反应在较低的温度下，主要是由原子的迁移扩散完成的，增加了锶（钡）的比例可以使微观尺度中每一个钛原子的周围均有足够的反应原子，从而减少反应阻力，这样增加了反应的推动力，降低了煅烧温度，本发明煅烧温度为845-890℃。在煅烧产物浆料中再加入例如硝酸的无机酸，使无机酸与过量碱土金属碳酸盐和游离碱土金属氧化物（例如SrO(SrCO₃)）反应，这样游离碱土金属氧化物会生成可溶的盐而得到回收分离。本发明所得碱土金属钛酸盐粉体中游离碱土金属氧化物含量低，钛酸锶中游离氧化锶质量含量为0.037%以下，钛酸钡中游离氧化钡质量含量为0.055%以下，且碱土金属钛酸盐纯度达到99.90%以上。

为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是，一种碱土金属钛酸盐的制备方法，该方法包括如下步骤：第一步骤，按照300℃/h的升温速率，将包含碱土金属碳酸盐和二氧化钛的混合物从室温（25℃）升温到煅烧温度845-890℃，然后保温煅烧2小时；其中，所述混合物中碱土金属/Ti的摩尔比为1.04～1.08：1.0；第二步骤，按照300℃/h的降温速率，将煅烧后的物料从所述煅烧温度降温到室温（25℃）；第三步骤，将第二步骤所得煅烧产物配成浆料，并加热到60-70℃，然后在所述浆料中加入无机酸溶液，中和所述浆料pH值至3.5-4.0；第四步骤，分离、干燥，得到碱土金属钛酸盐。

前述的碱土金属钛酸盐的制备方法，所述碱土金属碳酸盐是碳酸锶或碳酸钡，所述碱土金属钛酸盐是钛酸锶或钛酸钡。

前述的碱土金属钛酸盐的制备方法，所述无机酸溶液是硝酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液等常用无机酸溶液，优选硝酸溶液。

前述的碱土金属钛酸盐的制备方法，第一步骤中，所述碱土金属碳酸盐的BET（比表面积）>10m³/g，所述二氧化钛为D₅₀<0.25μm的二氧化钛。

前述的碱土金属钛酸盐的制备方法，所述混合物中碱土金属/Ti的摩尔比为1.08：1.0，所述煅烧温度为845-850℃。

前述的碱土金属钛酸盐的制备方法，所述混合物中碱土金属/Ti的摩尔比为1.06：1.0，所述煅烧温度为870-875℃。

前述的碱土金属钛酸盐的制备方法，所述混合物中碱土金属/Ti的摩尔比为1.04：1.0，所述煅烧温度为885-890℃。

前述的碱土金属钛酸盐的制备方法，第一步骤前，将碱土金属碳酸盐与二氧化钛混合，然后湿法研磨。所述湿法研磨是使用去离子水分散碱土金属碳酸盐和二氧化钛，然后采用球磨机充分研磨，优选22-26小时，更优选24小时。

本发明所用球磨机为常规市售球磨机。本发明压榨压滤步骤采用的是常规市售隔膜压榨压滤机或带式压榨压滤机。

以碳酸锶为例，本发明第一步骤中进行的主要反应如下：