[发明专利]一种制备钛酸盐压电陶瓷粉体的环境协调型方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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℃~900℃的粉体预烧温度，1100℃~1300℃高温陶瓷烧结，并且都需要2~5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℃~1140℃，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。

发明内容

本发明的目的：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。

本发明的技术方案如下：

一种制备钛酸盐压电陶瓷粉体的环境协调型方法，包括以下步骤：