专利名称：一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法
技术领域：
本发明涉及一种钛酸钡粉体的制备方法，尤其是涉及一种超细髙纯立方相钛酸钡粉体的微波液相合成，属于电子陶瓷粉体材料制备领域。
背景技术：
钛酸钡(简称BT)是电子陶瓷工业领域一种重要的基础电子材料，由于其具有高介电常数，良好的铁电、压电、耐压及绝缘等性能，被广泛地用于制作多层陶瓷电容器(简称MLCC)、热敏电阻、压电陶瓷和光电器件等。随着电子元器件朝"微型化"、"大容量"等方向发展，高纯、超细、粒径均匀的钛酸钡粉体材料是实现这一发展方向的关键性材料。
微波辅助液相合成钛酸钡粉体的方法已有报道。专利CN 1865154A报道了一种微波法制备立方相钛酸钡的方法釆用氯化钛、氯化钡为原料，氢氧化钠提供碱性反应条件，反应20-30min可得到立方相钛酸钡。该法由于使用了NaOH,会导致钛酸钡粉体中的Na+含量较高，粉体洗涤纯化困难，因而严重影响钬酸钡粉体的性能。专利CN 100369862C报道了一种微波水热合成装置及其合成四方相钬酸钡的方法。该法反应温度至少为20(TC,且需耐较高正压的微波反应条。
发明内容
本发明的目的是提供一种高纯立方相钛酸钡粉体的液相合成方法，该方法反应温度低、反应时间短、粒径可控、产品纯度高。本发明的技术方案是一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，主要原料为钛酸四异丙酯或正钛酸四丁酯、八水氢氧化钡、硝酸，利用微波辅助加热、在较低温度下、通过较短的反应时间合成得到不同粒径规格的钛酸钡粉体，具体工艺步骤如下
1) 钛源水解钛源为钛酸四异丙酯或正钛酸四丁酯，加入纯水水解，伴随快速搅拌，得到白色或浅黄色水解产物；
2) 水解产物洗涤将上述反应得到的水解产物用纯水进行洗涤，得到水解产物高浓度料浆或滤饼；
3) 钛源将上述产物料浆或滤饼用高纯水重新打浆分散，加入硝酸进行胶溶处理，得到澄清溶胶体系；
4) 将高纯Ba(OH)2WH20在带搅拌系统的微波反应釜中于纯水中充分溶解，
得到氢氧化钡溶液；
5) 合成反应将步骤3)中得到的溶胶产物加入到步骤4)装有氢氧化钡溶液的微波反应釜中，密闭反应釜，通入惰性气体或氮气，加热至70-10(TC开始
.反应，反应结東后即可得到含钛酸钡颗粒的料浆；
6) 将上述反应得到钛酸钡料浆用高纯水沉降洗涤或滤洗数次后干燥，即可得到高纯立方相钬酸钡粉体。
本发明的技术方案还有
步骤l)的水解过程中钛源与纯水的质量比为不小于l: 5,优选l: 7-12，反应温度不超过4(TC, pH值为3-7。
步骤3)的胶溶处理过程中，水解产物(以钛计)与硝酸摩尔比为0.3-0.7，优选0.4-0.6;胶溶温度50-9(TC,优选60 80。C;胶溶时间为10min ~ 8h,优选0. 5 ~ 3h;溶胶体系pH为0. l-3 ( 5(TC ),优选0. 5 ~ 1. 5 ( 50。C );整个过程中一直伴随剧烈搅拌。步骤4)中，髙纯Ba(OH)2'8HW的钡与钛元素的摩尔比为(1.3 3. 0): 1, 优选(1.5-3. 0): 1;溶解温度为60 - 90'C;最终氢氧化钡溶液浓度为0. 5 ~ 3. 3mol/L。
步骤5)中溶胶加入和反应过程中都伴随快速搅拌，微波反应釜功率为 0-3. 0KW，容积为2. 5L。
反应体系采用微波辅助加热，反应条件为常压、70~100°C、反应时间0.5~ 3h,得到粒度均匀、分散性好、钡钛比可调、碳酸盐含量较低的高纯钛酸钡粉体， 优选反应温度为80-9(TC。
可以合成得到比表面积在5~60m2/g、 一次粒径在200 ~20nm、钡钛摩尔比 =1.000 ± 0.002、球形度较好的立方相钛酸钡粉体。
与现有技术相比，本发明的优点是反应温度低，反应时间短，粒径可控， 产品纯度高，操作简单。
图1是实施例1所得样品的扫描电镜照片。 图2是实施例1所得样品的XRD图。 图3是实施例2所得样品的扫描电镜照片。 图4是实施例2所得样品的XRD图。 图5是实施例3所得样品的扫描电镜照片。 图6是实施例3所得样品的XRD图。
具体实施方式
实施例1
(1)称取113.68g分析纯钛酸四异丙酯，伴随快速搅拌，将其在盛有2L纯 水的烧杯中水解，搅拌10rain后，将水解产物抽滤洗涤。将该水解产物在烧杯中用纯水重新分散稀释到体积为600ml，加入浓度65%的分析纯硝酸19g，并补水 到体积为1L。然后伴随快速搅拌，将上述料浆升温，于6S'C保温50min,得到 透明溶胶。
(2) 在容量为2. 5L微波反应釜中加入400ml纯水，利用微波加热到85°C， 称取八水氢氧化钡(纯度〉98wty。) 257g加入釜中，并开启搅拌辅助氢氧化钡溶 解，并补水到体积为1L,配制成接近透明的氢氧化钡溶液。
(3) 在搅拌条件下，将(l)得到的透明溶胶迅速加入到微波釜中的氢氧化钡 溶液中，密闭反应釜，通入N2，在85'C反应3h。
(4) 反应完毕，卸料，洗涤，干燥即可得到比表面积=5. 37m2*g-l、粒径约 200nm、 Ba/Ti=l. 0008、粒径非常均匀的高纯立方相钛酸钡粉体。
实施例2
(1) 称取284g分析纯钛酸四异丙酯，伴随快速搅拌，将其在盛有5L纯水的 烧杯中水解，搅拌10min后，将水解产物抽滤洗涤。将该水解产物在烧杯中用纯 水重新分散稀释到体积为900ml,加入浓度65%的分析纯硝酸47g,并补水到体 积为1L。然后伴随快速搅拌，将上述料浆升温，于65'C保温3 h,得到透明溶 胶。
(2) 在容量为2. 5L微波反应釜中加入700ml纯水，利用微波加热到85°C， 称取八水氢氧化钡(纯度〉98wty。) 643g加入釜中，并开启搅拌辅助氢氧化钡溶 解，并补水到体积为1L,配制成接近透明的氢氧化钡溶液。
(3) 在搅拌条件下，将(l)得到的透明溶胶迅速加入到微波釜中的氢氧化钡 溶液中，密闭反应釜，通入N2，在85。C反应30min。
(4) 反应完毕，卸料，洗涤，干燥即可得到比表面积-30m2'g-l、粒径约40mn、 Ba/Ti=0. 9990粒径非常均句的高纯立方相钬酸钡粉体。实施例3
(1) 称取454g分析纯钛酸四异丙酯，伴随快速搅拌，将其在盛有10L纯水 的反应罐中水解，搅拌10min后，将水解产物抽滤洗涤。将该水解产物在烧杯中 用纯水重新分散稀释到体积为1L,加入浓度65y。的分析纯硝酸76g,并补水到体 积为1.1L。然后伴随快速搅拌，将上述料浆升温，于65'C保温3h,得到透明溶 胶。
(2) 在容量为2.5L微波反应釜中中加入1L纯水，利用微波加热到85'C， 称取八水氢氧化钡(纯度〉98wty。) 1029g加入釜中，并开启搅拌辅助氢氧化钡溶 解，并补水到体积为1.1L,配制成接近透明的氢氧化镇溶液。
(3) 在搅拌条件下，将(l)得到的透明溶胶迅速加入到微波釜中的氢氧化钡 溶液中，密闭反应釜，通入N2，在85'C反应30min。
(4) 反应完毕，卸料，洗涤，干燥即可得到比表面积-57m2'g-l、粒径约20nm、 Ba/Ti=0. 9984、粒径非常均勾的高纯立方相钛酸钡粉体。
权利要求
1、一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，其特征在于主要原料为钛酸四异丙酯或正钛酸四丁酯、八水氢氧化钡、硝酸，利用微波辅助加热、在较低温度下、通过较短的反应时间合成得到不同粒径规格的钛酸钡粉体，具体工艺步骤如下1)钛源水解钛源为钛酸四异丙酯或正钛酸四丁酯，加入纯水水解，伴随快速搅拌，得到白色或浅黄色水解产物；2)水解产物洗涤将上述反应得到的水解产物用纯水进行洗涤，得到水解产物高浓度料浆或滤饼；3)钛源将上述产物料浆或滤饼用高纯水重新打浆分散，加入硝酸进行胶溶处理，得到澄清溶胶体系；4)将高纯Ba(OH)2·8H2O在带搅拌系统的微波反应釜中于纯水中充分溶解，得到氢氧化钡溶液；5)合成反应将步骤3)中得到的溶胶产物加入到步骤4)装有氢氧化钡溶液的微波反应釜中，密闭反应釜，通入惰性气体或氮气，加热至70-100℃开始反应，反应结束后即可得到含钛酸钡颗粒的料浆；6)将上述反应得到钛酸钡料浆用高纯水沉降洗涤或滤洗数次后干燥，即可得到高纯立方相钛酸钡粉体。
2、 根据权利要求l所述的一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，其特 征在于步骤5)中溶胶加入和反应过程中都伴随快速搅拌，微波反应釜功率为 0-3. OKW,容积为2. 5L。
3、 根据权利要求1所述的一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，其特 征在于步骤l)的水解过程中钛源与纯水的质量比为不小于l: 5,优选1: 7-12， 反应温度不超过40'C, pH值为3-7。
4、 根据权利要求l所述的一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，其特 征在于步骤3)的胶溶处理过程中，水解产物(以钛计)与硝酸摩尔比为0.3~ 0.7，优选0.4-0.6;胶溶温度50 9(TC,优选60 80。C;胶溶时间为10min-8h，优选0. 5 ~ 3h;溶胶体系pH为0.1-3 ( 50°C ),优选0. 5 ~ 1. 5 ( 50°C );整个过程中一直伴随剧烈搅拌。
5、 根据权利要求1所述的一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，其特 征在于步骤4)中，高纯Ba (0H) 2'8H20的钡与钛元素的摩尔比为(1.3-3.0): 1,优选(1.5~3. 0): 1;溶解温度为60 ~ 9(TC;最终氢氧化钡溶液浓度为0.5-3. 3mol/L。
6、 根据权利要求l所述的一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，其特 征在于反应体系采用微波辅助加热，反应条件为常压、70 - 100'C、反应时间 0.5~3h，得到粒度均勾、分散性好、钡钛比可调、碳酸盐含量较低的高纯钛酸 钡粉体，优选反应温度为80-9(TC。
7、 根据权利要求l所述的一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，其特 征在于可以合成得到比表面积在5~60m2/g、 一次粒径在200 ~20nm、钡钬摩尔 比=1. 000 ± 0. 002、球形度较好的立方相钛酸钡粉体。
全文摘要
本发明涉及一种高纯钛酸钡粉体的微波液相合成方法，主要原料为钛酸四异丙酯或正钛酸四丁酯、八水氢氧化钡、硝酸，利用微波辅助加热、在较低温度下、通过较短的反应时间合成得到不同粒径规格的钛酸钡粉体，具体工艺步骤如下1)钛源水解；2)水解产物洗涤；3)钛源；4)将高纯Ba(OH)2·8H2O在带搅拌系统的微波反应釜中于纯水中充分溶解，得到氢氧化钡溶液；5)合成反应，反应结束后即可得到含钛酸钡颗粒的料浆；6)将上述反应得到钛酸钡料浆用高纯水沉降洗涤或滤洗数次后干燥，即可得到高纯立方相钛酸钡粉体；该方法反应温度低、反应时间短、粒径可控、产品纯度高。
文档编号C04B35/626GK101643358SQ20091001769
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月24日 优先权日2009年8月24日
发明者宋锡滨, 兵 张, 曦 张 申请人:山东国瓷功能材料有限公司