专利名称：碱土金属钛酸盐的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碱土金属钛酸盐的制备方法。
更确切地说，本发明的内容是通过在熔盐浴中的化学反应直接制备均质粉末状产品。
这种产品特别是钛酸钡在陶瓷成分制造中有独特的应用，尤其用于制造电容器或电阻器。
已知各种各样的制备钛酸钡的方法。特别是可以用含有挥发性阴离子的钡盐，例如碳酸钡，和氧化钛之间的烧结来制备。
然而，由于在结晶的固体之间的扩散反应又慢又难，因此这种方法的缺点是难控制，需要很高的温度，且经常导致一方面形成不均匀固溶体，另一方面在煅烧后在通常所需的粉碎步骤中混入有碍杂质的危险。
最近，人们发现通过煅烧或热解借助许多发生在液相，一般为水中的反应，所得化合物母体也是可实现的。这种方法的重要缺点在于所得化合物母体的质量难控制，以致对后者的热解可能产生成分和/或颗粒大小分布都相当不均匀的钛酸钡颗粒。
更感兴趣的是在美国专利4，293，534号中所研究的第三种方法，其中人们描述了一种建立在氢氧化物熔盐浴中直接的化学反应基础上的合成方法，按如下程序
参考在此专利中给出的多个实施例，证实是通过至少使用四个不同的且连续的步骤来实施所述方法的，它们是1.以与所求产品的化学计算量相对应的比例，将TiO2和Sr(NO3)2的混合物悬浮于水中，激烈搅拌，2.往这种悬浮液中加入很浓的氢氧化钠和氢氧化钾水溶液(近于饱和溶液)，这种水溶液具有导致形成胶体的作用;在这种操作过程中Sr(NO3)2转化成Sr(OH)2，3.将这样得到的胶体在空气中加热到大约200℃温度，以消除水分并诱导Sr(OH)2向SrO的转化。
4.高温(600℃)煅烧以便能在一种熔态氢氧化物浴中进行反应
由上述分析可见，所列举的方法使用起来不方便(在步骤3和步骤4之间必须更换坩埚)、所需时间长(全部时间大于15小时)且能量消费大(要蒸发大量的水分、煅烧温度相当高)，最后，再使氧化钛和氧化钡或锶在占其最终相重量的40%以上的氢氧化物的熔相内起反应。
另一方面，所得产品的质量可能不是令人满意的。
本发明的目的是提出一种克服了现有技术所用方法的固有缺点的，碱土金属钛酸盐的制备方法，它能通过简单，有效、经济和使用方便的手段，用可靠并可复现的方法获得完全粉末状的且成分均匀的碱土金属钛酸盐。
在这一目的中，本发明申请人高水平地提出一种在熔盐介质中制备化学式为MTiO3的碱土金属钛酸盐的方法。在此M代表碱土金属元素。本方法的特征在于直接在所说介质中起反应
-至少一种钛元素的化合物，-至少一种能在所述介质中与所述钛元素的化合物起反应的化合物A以生成TiO32-物质，-至少一种碱土金属元素M的硝酸盐，然后分离反应介质回收所需钔两鹗纛阉嵫巍 根据本发明方法的一种特别合适且最佳实施方式。碱土金属M的硝酸盐也用来产生，至少是部分地产生，能在其内进行反应的形成溶剂的介质。
适用于本发明的钛元素的化合物特别可以单独地或混合地选自二氧化钛TiO2、氢氧化钛、卤化钛、卤氧化钛、羟基卤化钛和碳酸钛。
使用本发明方法的最好的钛的化合物是二氧化钛和卤化钛。
卤化钛和卤氧化钛最好分别为其氯化物和氯氧化物，使用其他钛或钛氧基卤化物，如溴化物、碘化物或氟化物，当然也是可以的，更具体地讲，三氯化钛TiCl3、四氯化钛TiCl4和氯氧化钛TiOCl2是比较合适的。
作为氢氧化钛，人们能很具体地列举出Ti(OH)4。
上面所定义的化合物A最好选自碱金属或碱土金属的氢氧化物和碳酸盐，更好地是选自碱金属的氢氧化物，例如氢氧化钠或氢氧化钾。氢氧化钠是特别合适的。
另一方面，从实用观点出发，本发明所特别涉及的碱土金属元素是钡和锶，实际上这两种元素在钛酸盐的电子应用领域中提供了最广的前景。
为实现形成所需钛酸盐的反应，构成溶剂介质的熔盐浴的性质，一般说来是由下述两种实际需要来选择的反应产物首先应该能在该浴中分解，至少是部分地分解;另一方面，所需反应产物应该是在其中不可溶的。
当然特别关心的是选择具有尽可能低的熔点的盐浴的成分。这一方面为防止过大的能量消耗。另一方面为避免所有的技术问题，特别是腐蚀问题;为此，采用低共熔点组合物可能是有利的。
在本发明中使用的熔盐浴可以是由碱金属和/或碱土金属的卤化物，最好是具有或不具有氟化物的氯化物，由碱金属和/或碱土金属的硝酸盐、或者由这些的混合物所组成的。
在这种特殊的最佳情况下，参予形成钛酸盐反应的碱土金属的硝酸盐也用于产生形成溶剂的介质，就是说在这种情况下，熔盐浴同时作反应剂和溶剂，更可取的是所说熔盐浴仅由硝酸盐组成，最好是由碱土金属M的硝酸盐和碱金属的硝酸盐的混合物组成。
这样，如果要制备钛酸钡，则熔盐浴最好是由例如硝酸钡-硝酸钠混合物、或硝酸钡-硝酸钾混合物组成;同样，如果所需产品是钛酸锶，则人们可以使用硝酸锶-硝酸钾或者硝酸锶-硝酸钠两种混合物。
导致形成所需钛酸盐反应的温度在100℃和700℃之间，最好是在350℃和500℃之间。
在此区间的温度即低得足以限制能量消耗和上面提到的技术问题，又高得足以使在本发明方法中发挥作用的反应迅速进行，且能适应工艺方法的要求。
在本发明方法中需要使用的反应剂的量最少，也应该和反应介质中发挥作用的反应的化学计算量一致，这很自然地能从开始所使用的反应剂的种类推断出来。
这样，作为实施例，如果TiO2构成钛元素的母体，且NaOH构成如上面所定义的化合物A，则总反应如下
如果，例如，用TiCl3代替TiO2，其他化合物不变，则反应应该是
那么，大家知道在上面的反应中，氢氧化钠(化合物A)在反应介质中应该具有足够的量，为的是与钛元素的化合物起反应以便生成品种TiO32-，但如果其量不足便会诱导参与反应的碱土金属元素M的硝酸盐蚱溲趸颩O的转化。因此，保持碱土金属元素M以硝酸盐的形式存在就构成了本发明方法与美国专利第4，293，543号中所述的方法的本质区别之一。
当然，为了使形成所需钛酸盐的反应始终发生在熔相中，必须从盐浴的最初成分出发，使其在反应期间的变化不会引起在反应温度下熔相的凝固。
在本发明方法的一种实施方式中，首先要制备一种含有溶剂品种为碱土金属元素M的硝酸盐和化合物A的熔盐浴，然后，向该盐浴接触放入钛的化合物，钛的化合物可以是以固体、液体或气体形式存在的。
这种接触放置最好是在惰性气氛中进行，例如用氩气扫除。
在反应期间形成并沉淀的碱土金属钛酸盐(有很高的产率，因为按重量可以大于90%)在上述温区是固体，它可以很容易地从被多种反应产物逐渐充实的反应介质中分离出来，至于那些产物则保持熔化状态。
这样，在反应之后，可以用所有的已知方法，特别是过滤，将钛酸盐从盐浴中分离出来，由此，一方面获得以粉末形式存在的所需钛酸盐，且另一方面获得一种在反应期间通过添加反应剂能调整其成分的熔盐的混合物，以使本方法能连续运行。
当然，也能以不连续的方式进行，就是说等所有引入的钛的化合物一次起反应，然后在反应结束后，再次冷却反应物并且最后分离出盐基质的钛酸盐，特别是通过用纯的或微酸性的水漂洗来进行钛酸盐的分离。
用两种方法(连续或不连续的)之一获得的碱土金属钛酸盐是以一种在化学和形态学上都是很均匀的粉末形式存在的。还可以通过用纯的或微酸性的水的简单漂洗来纯化，而后干燥。
还可进行一个最终的捣碎步骤以导致粉末有一个严格的粒度。
这样获得的碱土金属钛酸盐能够通过煅烧制备特别适用于电子工业的高纯度的大密度制块。
以下给出本发明方法的有关实施例，但并不是对本发明的限定。
实例1在416.5g的成分为(按重量)Ba(NO3)239.6%KNO345.9%NaOH14.5%的最初熔浴内，在氩气环境下维持450℃温度，并以550转/分速度搅动，加入50.4g的氧化钛粉末，其结果是发生如下反应
就化学计算量而言，NaOH的余量占其重量的20%。
在反应期间，不利于Ba(NO3)2的NaNO3充实了熔相，但它们都完全处于液态。
在反应终了，一方面获得大约308克的其重量组分为KNO3(62%)-NaNO3(34.7%)-NaOH(3.3%)的盐浴，另一方面获得大约136.5克的沉淀钛酸钡。
钛酸钡的反应产率占93%重量。
在试验期间看到，在反应介质中的固相(TiO2或BaTiO3)和液相物质间的比率从反应开始时的12%变到这种反应终了时的50%。
在用纯的或酸性的水漂洗除掉反应物质之后，接着以40℃进行干燥，回收其Ba/Ti比率为0.99，平均粒径为0.45μm，且比表面为10m2/g的非常纯的钛酸钡(用R.X.识别)。
以700℃或1000℃煅烧制得一种其Ba/Ti比率严格调成1的、具有平均粒径分别为0.8μm和1.2μm，以及其比表面分别等于6m2/g和2m2/g的产品 实例2在404g的其组分为(按重量)Ba(NO3)240.8%KNO347.3%NaOH11.9%的最初熔盐浴内，在氩气环境下维持450℃温度，并以550转/分的转速搅动，加入30.2g的TiCl3粉末，结果是发生如下反应
就化学计算量而言，计算出NaOH的余量为23%(重量)，且Ba(NO3)2的余量为2.2%(重量)。
在反应期间，熔相组成从最初的成分变成了如下组成(%按重量)Ba(NO3)229.9%KNO350.3%NaNO36.6%NaNO21.8%NaOH2.4%NaCl9.0%在这一实例中，熔相的物量变化不大即它从404g变到反应终了时的379g;固相物质和熔相物质之比也变化不大，因为它从反应开始时的7.5%(重量)变成反应终了时的11%(重量)。反应终了时所得的BaTiO3物质是40g，这种产品的反应产率为88%(重量)。这种钛酸钡(用R.X.识别)以平均粒径为5μm的粉末形式存在，并其Ba/Ti比率为0.98。
权利要求
1.在熔盐介质中制备化学式为MTiO3的碱土金属钛酸盐的方法，其中M代表碱土金属元素，其特征在于直接在所述介质中起反应-至少一种钛元素的化合物，-至少一种能在所述介质中与所述钛元素的化合物起反应的化合物A以生成TiO2-3物质，-至少一种碱土金属元素M的硝酸盐，然后分离反应介质，回收所需碱土金属的钛酸盐。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的碱土金属M的化合物也用来产生，至少是部分地，所说的熔盐介质。
3.根据权利要求1和2之任一权利要求的方法，其特征在于所说钛元素的化合物选自二氧化钛TiO2、氢氧化钛、卤化钛、卤氧化钛、羟基卤化钛和碳酸钛。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于所说钛元素的化合物选自二氧化钛和卤化钛。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于所说卤化物是氯化物。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于使用三氯化钛或四氯化钛。
7.根据上述任一权利要求的方法，其特征在于所说化合物A选自碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于所说化合物A选自碱金属的氢氧化物。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于所说化合物A是氢氧化钠。
10.根据上述任一权利要求的方法，其特征在于所说熔盐介质是由选自碱金属或碱土金属的卤化物和硝酸盐中的一种或几种盐组成的。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所说介质是由碱土金属M的硝酸盐和碱金属的硝酸盐的混合物组成的。
12.根据上述任一权利要求的方法，其特征在于碱土金属元素M是钡或锶。
全文摘要
本发明涉及一种在熔盐介质中制备化学式为MTiO
文档编号C04B32/00GK1038443SQ88105419
公开日1990年1月3日 申请日期1988年6月6日 优先权日1988年6月6日
发明者弗朗哥·西奥恩 申请人:罗纳·布朗克化学公司