专利名称：一种高密度球形钛酸钡粉体颗粒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钛酸钡粉体的制备方法。
背景技术：
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勻，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, HIT0SHI AIKIYO, N0BU00GATA, N0BUYASU MIZUTANI. Advanced Powder Technol. V01.10, 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 細1 ^irT1,载气流量范围为1 4L .mirT1,温度范围为700 1000°C 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，保证了组分分布均勻，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。
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. OM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. OM时制得的粉体颗粒的XRD图谱。
具体实施例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 · Γ1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 · 当柠檬酸的浓度为 0. 3 0. 5mol · Γ1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 ·Ι^，最佳为0. 3 0. 6mol ·Ι^。溶液中尿素的浓度为0. 5 1. 5mol · L—1，最佳为0. 8 1. 2mol · L-1。混合溶液流量控制在1 細1 ^irT1,最佳为2 3ml ^irT1 ；载气流量范围为1 4L · HiirT1，最佳为2 3L · mirT1 ；温度范围为700 1000°C，最佳为900 IOOO0Co本实验所采用的装备如图1所示，其中1为氮气瓶，2为氧气瓶，3为反应炉，4为储 液罐，5为流量计，6为超声雾化喷嘴，7为超声发生器，8为热电偶，9为粉末收集器。混合溶液由60HZ超声雾化器雾化为雾滴；雾滴随后用空气或用队和&配成的混 合气体作为载气(vol % N2 02 = 3 1 4 1)带入圆柱形反应炉管(内径95mm，长 1400mm)内；反应炉管由电阻炉进行外部加热，反应炉管中心处的温度设定为预定温度；所 用设备的底部设有用于收集产物颗粒的收集器喷雾热分解过程中，溶液按下式反应
权利要求
1.一种高密度球形钛酸钡粉体颗粒的制备方法，其特征在于，以浓度为0.1 0. 3mol -Γ1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或 添加尿素至浓度为0. 5 1. 5mol -L"1制成混合溶液，以空气或以N2 O2体积比=3 1 4 1的混合气体为载气；在混合溶液流量为1 · mirT1，载气流量为1 4L · mirT1， 温度为700 100(TC的条件下采用超声喷雾方式制备钛酸钡颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体的浓度为0.1 0.2mol · Γ1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸为柠檬酸或草酸或酒石酸。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液流量为2 3ml · min—1O
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述载气流量为2 3L^irT1t5
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述温度范围为900 1000°C
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述尿素浓度为0.8 1.2mol · Γ1。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸的浓度为0.3 0. 5mol · L—1O
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述草酸的浓度为0.3 0. 5mol · L—1O
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酒石酸的浓度为0.3 0. 6mol · L—1O
全文摘要
一种高密度球形钛酸钡粉体颗粒的制备方法，以钛酸四异丙酯(TTIP)及醋酸钡为前驱体，通过添加有机酸或尿素的方式，采用超声喷雾热分解法制备钛酸钡粉体颗粒，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；其产品的粒径小且分布均匀，纯度高，无团聚，呈致密球形。
文档编号C01G23/00GK102050485SQ201010609800
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者刘志宏, 刘智勇, 吴希桃, 李启厚, 李玉虎 申请人:中南大学