一种钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体的制备方法，属于无机粉体材料技术领域。
【背景技术】
[0002]压电陶瓷是一类极为重要的、世界各国竞相研究开发的功能材料，在信息检测、转换、处理和储存等信息技术领域占有极其重要的地位。目前大规模使用的压电陶瓷材料是铅基压电陶瓷，由于此类材料中氧化铅含量几乎均在60%以上，导致在生产、使用和废弃后处理的过程中给人类及生态环境带来严重危害。因此，从人类生存环境的保护及其长远发展战略出发，研究和开发无铅压电陶瓷是一项迫切、具有重大社会意义和经济意义的课题。
[0003]以(Bia5Naa5)T13(简称BNT)为基的无铅压电陶瓷体系被认为是最有可能部分取代铅基压电陶瓷的体系之一。BNT是A位复合取代的钙钛矿结构的铁电陶瓷，具有铁电性强、压电性能佳、介电常数小及声学性能好等优良特性。BNT基无铅压电陶瓷的优异性能是由其特殊的化学组成和显微结构来实现的，由于钛酸铋钠电子陶瓷是以钛酸铋钠粉体为原料经过成型与烧结形成陶瓷体而制备得到的，而粉体的形貌、化学成分的均匀性等，直接影响着陶瓷材料的组成与结构乃至其电学性能。只有合成的陶瓷粉体纯度高、颗粒细、粒径分布均匀、分散性好、结晶度高、化学计量比准确，才有可能实现低温烧结，从而提高制品的致密度和压电陶瓷的性能。
[0004]目前，BNT基陶瓷粉体的制备方法主要有固相法、水热法和溶胶-凝胶法等。但固相法制备的粉体往往具有颗粒较粗、分散性不好、活性较差、化学均匀性较差、易团聚、后续的球磨容易引入杂质等不足，因此难以获得更高性能的陶瓷。溶胶-凝胶法使用的原料大多为昂贵的有机酸和醇盐，成本高，制备周期长，不适于大规模工业化生产。水热法需要高温、高压，对设备要求高，操作复杂，能耗较大。因此，改进现有制备工艺或者探索新的制备方法是无铅压电陶瓷发展的一个重要方向。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有技术存在的不足，提供一种钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体的制备方法，该制备方法是:以金属盐为原料，按一定比例加入到络合剂水溶液中溶解制备混合溶液，然后加入有机单体、引发剂和催化剂，制备得到高分子网络凝胶，然后再经微波干燥，煅烧后得到钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体；具体制备步骤如下:
(O混合溶液的制备:按钛酸四丁酯与络合剂摩尔比为1:0.5-1:3的比例将钛酸四丁酯缓慢加入络合剂水溶液中，并不断搅拌至完全溶解得到溶液A ;然后按T1: B1: Na摩尔比为2:1:1的比例，将Bi (NO3) 3.5H20和NaNO3缓慢加入溶液A中，搅拌均匀得到混合溶液；
(2)高分子网络凝胶的制备:按溶液与有机单体体积比为1:0.05-1:0.5的比例在步骤
(I)得到的混合溶液中加入有机单体并搅拌均匀，用氨水调节PH值到8~10，按有机单体、引发剂、催化剂体积比为1:0.01-0.1:0.01-0.1的比例将引发剂和催化剂分别加入上述溶液并搅拌均匀，使溶液充分反应形成高分子网络凝胶；
(3)微波干燥:将步骤(2)得到的高分子网络凝胶放置在微波炉中进行干燥5~15min，微波输出功率为800W，微波加热方式有低火、中火和高火；
(4)煅烧:将干燥所得产物用玛瑙研钵研碎成粉，然后将其置于马弗炉中，先以1-40C /min的升温速率，加热至250~350°C保温20~40min，再以2~6°C /min的升温速率加热至600~800°C保温2~4h，然后随炉冷却至常温，研磨得到钛酸铋钠((Bia5Naa5)T13)粉体。
[0006]优选的，所述的水为去离子水，络合剂为0.5-1.5 mol/1的朽1檬酸三钱溶液；有机单体为0.5~10mol/l的N-羟甲基丙烯酰胺；引发剂为0.l~5mol/l的过硫酸铵水溶液；催化剂为0.l~5mol/L的四甲基乙二胺水溶液。
[0007]本发明具有以下优点:
(1)本发明方法具有原料要求简单，工艺过程简单，成本低等优点；
(2)本发明方法制备的钛酸铋钠粉体具有粒度小、分散性好、粒径分布均匀、化学计量比准确的特点；
(3)本发明方法适合于制备多组分复合纳米粉体。
【附图说明】
[0008]图1为实施例1所述(Bia5Naa5) 1103粉体的SEM图；
图2为实施例2所述(Bia5Naa5)T13粉体的SEM图;
图3为实施例3所述(Bia5Naa5)T13粉体的SEM图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0010]实施例1
本发明制备钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体的方法是:以水溶性金属盐为原料，溶于络合剂水溶液中，加入有机单体并调节PH值制得混合溶液，再加入引发剂和催化剂，制备得到高分子网络凝胶，然后经微波干燥，煅烧后得到钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体。具体制备步骤如下:
(O混合溶液的制备:首先将柠檬酸三铵与水配成0.5mol/L的溶液，按钛酸四丁酯与柠檬酸三铵摩尔比为1:1的比例将钛酸四丁酯缓慢加入柠檬酸三铵溶液中，并放在磁力搅拌器上搅拌；然后按Ti:Ba:Na摩尔比为2:1:1的比例，将Bi (NO3)3.5H20和NaNO^f慢加入溶液中，搅拌均匀。
[0011](2)高分子网络凝胶的制备:按混合溶液与N-羟甲基丙烯酰胺体积比为1:0.05的比例在步骤(I)得到的溶液中加入N-羟甲基丙烯酰胺(浓度为0.5 mol/1)并搅拌均匀，用氨水调节pH值到8.5 ;然后按N-羟甲基丙烯酰胺、过硫酸铵水溶液、四甲基乙二胺水溶液体积比为1:0.01:0.01的比例将过硫酸钱水溶液(浓度为0.lmol/1)和四甲基乙二胺水溶液(浓度为5 mol/1)加入上述溶液，使溶液充分反应形成高分子网络凝胶。
[0012](3)微波干燥:将步骤(2)得到的高分子网络凝胶放置在800W微波炉中进行干燥，干燥加热方式为低火，干燥时间15min。
[0013](4)煅烧:将干燥所得产物用玛瑙研钵研碎成粉，然后将其置于马弗炉中，以1°C /min的升温速率，加热至300°C保温30min，再以6°C /min的升温速率加热至650°C保温4h，然后随炉冷却至常温，研磨得到钛酸铋钠粉体，其SEM图如图1所示，由图可以看出钛酸铋钠粉体具有粒度小、分散性