专利名称：一种用于制备织构型陶瓷的模板材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制备织构型陶瓷的模板材料及制备方法。即一种能用作模板晶粒生长法(TGG)和反应模板晶粒生长法(RTGG)的模板(籽晶)材料及制备方法。
背景技术：
织构材料是一种在外部条件作用下，使原本杂乱取向的各个晶粒相互取向保持一致，形成择优取向排列的一种新型材料。织构材料能大幅度提高材料的性能。在结构材料中，通过织构化可以提高材料的韧性及切割性能；在功能材料中，织构化可以增加超导体材料的临界电流密度，增强离子导体的电导率，提高磁性陶瓷材料的磁学性能以及提高压电陶瓷的压电性能。织构材料的制备方法比较多，包括模板晶粒生长法(TGG)、反应模板晶粒生长法(RTGG)、种子多晶转变法(SPC)、磁场诱导定向法以及定向凝固法等等，其中模板晶粒生长法(TGG)、反应模板晶粒生长法(RTGG)是两种不需要昂贵复杂设备、工艺相对比较简单、材料的织构效果较好的方法。在模板晶粒生长法和反应模板晶粒生长法中，能否制备出性能良好的模板即籽晶是能否制备性能良好的织构材料的关键因素之一。一般来说，合适的模板的特征有1、与本体材料相类似的晶体结构和晶胞参数；2、具有合适的形状，例如晶须状或片状，合适的尺寸以及长-径比；3、具有热力学稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种片状结构和合适尺寸及长-径比的模板材料，同时提供该模板材料的制备方法。
本发明的目的是以下述技术方案实现的一种适合于模板晶粒生长法(TGG)和反应模板晶粒生长法(RTGG)制备织构材料的模板材料，即一种织构型陶瓷的模板材料(籽晶材料)，该材料为0.5μm～40μm的规则片状晶粒形，其化学组成为Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1，。
所述的织构型陶瓷的模板材料的制备方法，采用熔盐法制备，其步骤为第1、以纯度大于99％的Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5为起始原料，按照Bi2O3∶Na2CO3∶Nb2O5＝1∶1.3～1.5∶1.9～2.1的化学比配料；或者以纯度大于99％的Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5为起始原料，按照Bi2O3∶NaHCO3∶Nb2O5＝1∶2x∶y的化学比配料，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1；配好的物料在球磨机中球磨6～12小时，球磨的助磨剂为无水乙醇，起始原料与无水乙醇的质量比＝1∶0.8～1.5；第2、在步骤1球磨所得的物料中加入助熔剂，混合球磨6～12小时以后烘干，球磨时的助磨剂为无水乙醇，所述的助熔剂为NaCl或KCl或NaF或KF或四者中的任意两种或三种的组合，助熔剂的质量与起始反应物总质量的比为0.5～2.0∶1，步骤1球磨所得的物料与无水乙醇的质量比＝1∶0.8～1.5；
第3、将步骤2烘干后的物料在空气或富氧气氛中加热合成，合成温度950℃～1200℃，合成时间2～8个小时；第4、将步骤3合成的粉料置入30～80℃去离子水中，搅拌清洗3～5分钟后静置5～10分钟或者采用超声波清洗器进行超声处理5～10分钟，然后除去上层清液，重复清洗操作过程直到上层清液用AgNO3滴定没有浑浊；第5、将步骤4清洗了的粉料干燥，即制得所需织构材料的籽晶材料。
图1是Bi2.5Na3.5Nb5O18的XRD图图2a、b是Bi2.5Na3.5Nb5O18不同放大倍数的SEM图图1和图2a、b所表示的Bi2.5Na3.5Nb5O18的制备条件以Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5为起始原料，Bi2O3与Na2CO3以及Nb2O5化学配比为1∶1.4∶2，助熔剂为NaCl，合成温度为1100℃，合成时间为5小时。
具体实施例方式
下面实施例所用原料均为纯度大于99％的市购品。
实施例1Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.0的制备以Bi2O3、Na2CO3及Nb2O5为起始原料，按Bi2O3与Na2CO3及Nb2O5的化学配比为1∶1.4∶2.0配料，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨6小时，加入助熔剂NaCl，再球磨12小时，NaCl加入质量与起始反应物总质量的比为1∶1，球磨后烘干，在空气气氛中于温度1100℃下合成5小时，合成产物用50℃去离子水按前述的搅拌清洗方法清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5其中x＝1.4，y＝2.0晶体。
实施例2Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5，Bi2O3与Na2CO3及Nb2O5的化学配比为1∶1.3∶2.1，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶0.8，配好的物料在球磨机中球磨6小时，加入助熔剂NaCl，再球磨8小时，，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1，合成温度为950℃，合成时间为6小时，合成产物用50℃去离子水按前述的超声波清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1晶体。
实施例3Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5，Bi2O3与Na2CO3及Nb2O5的化学配比为1.0∶1.3∶2.1，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1.5，配好的物料在球磨机中球磨7小时，加入助熔剂NaCl，再球磨7小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1.5，合成温度为1050℃，合成时间为5小时，合成产物用80℃去离子水按前述的搅拌清洗方法清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1晶体。
实施例4Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝1.9的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3与NaHCO3以及Nb2O5的化学配比为1.0∶2.8∶1.9，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1.2，配好的物料在球磨机中球磨9小时，加入助熔剂KCl，再球磨9小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1.2，合成温度为1100℃，合成时间为4.5小时，合成产物用50℃去离子水按前述的超声波清洗净后吹干，即得到规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝1.9晶体。
实施例5Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3与NaHCO3以及Nb2O5的化学配比为1∶2.6∶2，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨8小时，加入助熔剂KCl，再球磨8小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1，合成温度为1100℃，合成时间为6小时，合成产物用60℃去离子水按前述的搅拌清洗方法清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1晶体。
实施例6Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.5，y＝2.1的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3与NaHCO3以及Nb2O5的化学配比为1.0∶3.0∶2.0，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨12小时，加入助熔剂KCl，再球磨12小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1，合成温度为1150℃，合成时间为4小时，合成产物用60℃去离子水按前述的超声波清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.5，y＝2.1晶体。
实施例7Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.0的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3与NaHCO3以及Nb2O5的化学配比为1∶2.8∶2，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨12小时，加入助熔剂KF，再球磨12小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1.5，，合成温度为1100℃，合成时间为6小时，合成产物用40℃去离子水按前述的搅拌清洗方法清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.0晶体。
实施例8Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.35，y＝2.1的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3与NaHCO3以及Nb2O5的化学配比为1∶2.7∶2.1，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨12小时，加入助熔剂KF，再球磨12小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶2，合成温度为1200℃，合成时间为5.5小时，合成产物用40℃去离子水按前述的超声波清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.35，y＝2.1晶体。
实施例9Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝1.9的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3与NaHCO3以及Nb2O5的化学配比为1∶2.8∶1.9，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨12小时，加入助熔剂KCl+NaCl，KCl与NaCl质量的比为1∶1，再球磨12小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1，合成温度为1100℃，合成时间为5小时，合成产物用45℃去离子水按前述的超声波清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.35，y＝2.1晶体。
实施例10Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3与NaHCO3以及Nb2O5的化学配比为1∶2.8∶2.1，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨12小时，加入助熔剂KCl+NaCl，KCl与NaCl质量的比为1∶2，再球磨12小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶1.5，，合成温度为1100℃，合成时间为4.5小时，合成产物用45℃去离子水按前述的搅拌清洗方法清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1晶体。
实施例11Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.0的制备制备方法与实施例1相同，制备条件为起始原料为Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5，Bi2O3与Na2CO3以及Nb2O5的化学配比为1∶1.3∶2，用无水乙醇为助磨剂，起始原料与无水乙醇质量比＝1∶1，配好的物料在球磨机中球磨12小时，加入助熔剂NaF，再球磨12小时，助熔剂质量与起始反应物总质量的比为1∶2，合成温度为1100℃，合成时间为5小时，合成产物用45℃去离子水按前述的搅拌清洗方法清洗净后吹干，即得到0.5μm～40μm规则片状Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.0晶体。
权利要求
1.一种织构型陶瓷的模板材料，其特征是该材料为0.5μm～40μm的规则片状晶粒形，其化学组成为Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1。
2.权利要求1所述的织构型陶瓷的模板材料的制备方法，其特征是采用熔盐法制备，其步骤为第1、以纯度大于99％的Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5为起始原料，按照Bi2O3∶Na2CO3∶Nb2O5＝1∶1.3～1.5∶1.9～2.1的化学比配料；或者以纯度大于99％的Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5为起始原料，按照Bi2O3∶NaHCO3∶Nb2O5＝1∶2x∶y的化学比配料，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1；配好的物料在球磨机中球磨6～12小时，球磨的助磨剂为无水乙醇，起始原料与无水乙醇的质量比＝1∶0.8～1.5；第2、在步骤1球磨所得的物料中加入助熔剂，混合球磨6～12小时以后烘干，球磨时的助磨剂为无水乙醇，所述的助熔剂为NaCl或KCl或NaF或KF或四者中的任意两种或三种的组合，助熔剂的质量与起始反应物总质量的比为0.5～2.0∶1，步骤1球磨所得的物料与无水乙醇的质量比＝1∶0.8～1.5；第3、将步骤2烘干后的物料在空气或富氧气氛中加热合成，合成温度950℃～1200℃，成时间2～8个小时；第4、将步骤3合成的粉料置入30～80℃去离子水中，搅拌清洗3～5分钟后静置5～10分钟或者采用超声波清洗器进行超声处理5～10分钟，然后除去上层清液，重复清洗操作过程直到上层清液用AgNO3滴定没有浑浊；第5、将步骤4清洗了的粉料干燥，即制得所需织构材料的籽晶材料。
全文摘要
一种用于制备织构型陶瓷的模板材料及制备方法。该材料为0.5μm～40μm的规则片状晶粒形，其化学组成为Bi
文档编号C04B35/622GK1657492SQ20051001825
公开日2005年8月24日 申请日期2005年2月4日 优先权日2005年2月4日
发明者曹明贺, 刘韩星, 王万强 申请人:武汉理工大学