一种纳米钛酸钡的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种纳米钛酸钡的制备工艺，选用Ti(OH)4凝胶作为钛源，固体Ba(OH)2·8H2O作为钡源，两种原料按照Ba/Ti(mol)=1.1的比例称量，置入镍合金内衬的水热反应釜，加入体积比为8:1~2:1的去离子水和无水乙醇，反应釜密闭，N2排空，搅拌均匀后以15℃/min快速升温至90℃，保温10min，再以3℃/min继续升温至200℃，保温30min；通冷却水将生成物料急冷至室温后取出，抽滤、洗涤至pH=6~8，70℃干燥12h即得纳米钛酸钡粉体，该粉体具有单分散、纯度高、粒径小、粒径分布窄、结晶度高的优点，该工艺简单可控，易于大规模工业化生产。
【专利说明】一种纳米钛酸钡的制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及无机非金属材料领域，特别是一种纳米钛酸钡的制备工艺。
【背景技术】
[0002]钛酸钡(BaTiO3)是电子陶瓷的基础主体原料，被称为电子陶瓷业的支柱之一。作为一种铁电材料，具有高介电常数、低介电损耗等特点，有优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，广泛地应用于制作陶瓷敏感元件，尤其是多层陶瓷电容器(MLCC)、正温度系数热敏电阻(PTC)、热电元件、压电陶瓷、电光显示板、记忆材料以及聚合物基复合材料等等。其中，钛酸钡在片式多层陶瓷电容器(MLCC)上应用最大。实践证明:实现钛酸钡粉体的高纯、超细乃至纳米化是提高钛酸钡电子元件性能的有效措施之一。
[0003]传统BaTiO3粉体主要通过BaCO3和TiO2在100(Tl200°C固相反应一定时间来制备，但制备的粉体颗粒粗大、表面活性差、团聚严重、组成偏析，最终会大大影响电子元器件的电性能。为了提高粉体的性能，近年来粉体的湿化学法合成得到了很大的发展，这些方法包括草酸共沉淀-煅烧法、柠檬酸盐改性法、熔盐培育法、溶胶一凝胶法、微乳液法以及水热法等，其中水热法合成钛酸钡粉体成了目前研究的热点。与其它湿化学法相比较而言，水热工艺是合成超细BaTiO3粉体的一种高效而又易实现工业化大生产的方法。
[0004]对于水热工艺而言，前驱物的选择是关键，前驱物从形态上来分有固体粉末、胶体和溶液，选取前驱物的原则应遵循水热反应的溶解-沉淀反应机理。首先前驱物溶解生成水合离子或其它的络合离子，然后在溶解的离子之间反应，发生成核相变，生成BaTi03晶核，剩余的前驱物供晶核长大或形成新的晶核。无论采用何种系统的前驱物，必须通过水解作用打断T1-O键，使Ti键·羟基化形成Ti (OH) x4-x络合物，在溶液中和钡络合物反应沉淀出BaTi03。如果前驱物完全溶解或溶解速度较快，钛离子就能与钡离子在溶液中发生均匀成核，这样在反应开始时，溶液中前驱物离子浓度都很高，产生“爆发式”的成核，形成大量的晶核并消耗大部分的前驱物，因而最终得到的晶粒较小，分布范围窄。水热反应常规的钛源有Ti02、Ti (OH) 4，相比较下，Τ?02在水热条件下溶解速度慢，不利于均匀成核；钡源的选择较为广泛，从溶解度方面考虑:BaI2 > BaBr2 > BaC12 > Ba (CH3C00) 2 > Ba (N03) 2 >Ba (OH) 2，但水热法合成BaTi03最低pH值为13，Ba (OH) 2作为钡源自身就可以提供碱性的环境，无须外加NaOH、Κ0Η、氨水等矿化剂,缺点就是其溶解度低,不利于均匀成核。
【发明内容】
[0005]本发明的目的提供一种简单可控、易于大规模工业化生产的纳米钛酸钡制备工艺，所制备的纳米钛酸钡具有单分散、纯度高、粒径小、粒径分布窄、结晶度高的优点。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种纳米钛酸钡的制备工艺，包括以下工艺步骤:
(1)选用Ti(OH) 4凝胶作为钛源，其中Ti (OH) 4凝胶含水量为85wt% ；
(2)选用固体Ba(OH) 2.8H20作为钡源；(3)上述两种原料按照Ba/Ti摩尔比1.1:1的配比称量，一起引入镍合金内衬的水热
反应爸;
(4)采用水、无水乙醇作为混合溶剂，Ti(OH)4凝胶中的水作为混合溶剂的一部分，混合溶剂中水与无水乙醇的体积比为8:2:1 ；
(5) 原料搅拌均匀后以15°C/min快速升温至90°C，保温lOmin，然后以3°C /min继续升温至200°C，保温30min ；
(6)生成物料采用冷却水急冷至室温后取出，抽滤、洗涤至pH=6~8，70°C干燥12h既得纳米立方相钛酸钡粉体。
[0007]进一步地，反应开始前通入N2,置换反应釜剩余空间中的空气。
[0008]进一步地，反应釜的填充度为0.7~0.8。
[0009]有益效果:本发明采用Ti (OH)4, Ba(OH)2.8H20作为原料，通过改进常规水热工艺的温度制度，低温段快速升温促进Ba (OH)2 -SH2O的快速溶解，并引入无水乙醇作为溶剂，加大反应过程中水热体系的蒸汽压，促进水热反应加剧进行，以此达到“爆发式”成核的目的；所合成钛酸钡粉体具有单分散、纯度高、粒径小、粒径分布窄、结晶度高的优点，该工艺简单可控，易于大规模工业化生产。本工艺所得的钛酸钡的主要物化参数:
①粒度分布(SEM):39~106nm ；
②比表面积:14.75~19.43m2/g ；
③比表面积当量粒径:517nm；
④晶型:立方相。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为实施例一所合成钛酸钡粉体的SEM图；
图2为实施例二所合成钛酸钡粉体的SEM图；
图3为实施例三所合成钛酸钡粉体的SEM图；
图4为实施例一所合成钛酸钡粉体的XRD图谱；
图5为实施例二所合成钛酸钡粉体的XRD图谱；
图6为实施例三所合成钛酸钡粉体的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0011]按Ba/Ti摩尔比1.1:1的配比称量1(0!1)4凝胶和固体8&(0!1)2*8!120，其中Ti (OH)4凝胶含水量为85wt%，一起置入IL镍合金内衬的水热反应釜；分别加入去离子水和无水乙醇，三组实例配比见表1 ;合上釜盖，开启搅拌电机，搅拌速率为800r/min，通N220min后关闭反应釜各个进、出口阀；以15°C /min快速升温至90°C，保温lOmin，然后以3°C /min继续升温至200°C，保温30min后关闭加热电源，通冷却水将生成物料急冷至室温；关闭搅拌电机后取出物料，抽滤、洗涤3次，pH在6 I之间，70°C干燥12h，即得纳米钛酸钡粉体，三组纳米钛酸钡粉体性能指标见表2。
[0012]表1水热工艺原料体系配比
【权利要求】
1.一种纳米钛酸钡的制备工艺，其特征在于: (1)选用Ti(OH) 4凝胶作为钛源，其中Ti (OH) 4凝胶含水量为85wt% ； (2)选用固体Ba(OH) 2.8H20作为钡源；(3)上述两种原料按照Ba/Ti摩尔比1.1:1的配比称量，一起引入镍合金内衬的水热反应爸; (4)采用水、无水乙醇作为混合溶剂，Ti(OH)4凝胶中的水作为混合溶剂的一部分，混合溶剂中水与无水乙醇的体积比为8:1~2:1 ； (5)原料搅拌均匀后以15°C/min快速升温至90°C，保温lOmin，然后以3°C /min继续升温至200°C，保温30min ； (6)生成物料采用冷却水急冷至室温后取出，抽滤、洗涤至pH=6~8，70°C干燥12h既得纳米立方相钛酸钡粉体。
2.根据权利要求1所述的一种纳米钛酸钡的制备工艺，其特征在于:反应开始前通入N2，置换反应釜剩余空间中的空气。
3.根据权利要求1所述的一种纳米钛酸钡的制备工艺，其特征在于:反应釜的填充度为 0.7~0.8。
【文档编号】B82Y30/00GK103570060SQ201310548421
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】王芸, 彭程, 方亮, 杨扬 申请人:蚌埠玻璃工业设计研究院, 中国建材国际工程集团有限公司