专利名称：锆钛酸钡粉体的常压水热制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锆钛酸钡粉体的制备方法，尤其是涉及一种锆钛酸钡粉 体的常压水热制备方法。
背景技术：
利用锆钛酸钡粉体制作的电子陶瓷，具有良好的介电、压电、铁电、热 释电效应，可用来制作大容量电容器、非挥发性铁电存储器、压电驱动器等， 因此在微电子领域具有极大的应用前景。现有的锆钛酸钡粉体的制备方法主
要有固相法和溶胶凝胶法。固相法是采用BaC03、 Ti02、 ZK)2按比例混合， 经高温(1280。C一130(TC)煅烧制得，该法对合成设备要求高，生产时对原 料的均匀度难以掌握；并且制得的粉体纯度低、颗粒直径大且粒度分布不均 匀，反应活性差，因此电子元件产品质量得不到保证。而凝胶法， 一般采用 有机金属醇盐或硬脂酸盐为原料，通过水解、聚合，冷却后得到混合物凝胶， 再经干燥和高温煅烧而制得，此法原材料昂贵，凝胶化过程较慢，生产周期 较长，很难实现产业化，因此只能停留在小规模实验阶段。
进几年来，有人提出用高压水热法制备锆钛酸钡粉体，以克服了固相法 制备的粉体颗粒大且粒度分布不均匀，反应活性差等技术问题。如中国专利 CN1472170提供了一种"制备纳米级高纯锆钛酸钡粉体的工艺"，该工艺用高 压反应釜，并在温度220'C—25(TC、压强64Mpa的条件下进行合成反应， 经过8—15小时制成锆钛酸钡悬浊液，然后洗涤、干燥制成锆钛酸钡粉体。 虽然该工艺部分解决了固相法或凝胶法的固有缺陷，但整个工艺颇为复杂， 对反应设备性能要求高，设备投资大，反应过程能耗高、时间长，以致生产 成本较高。
发明内容
本发明主要是解决现有技术锆钛酸钡粉体生产方法所存在的工艺复杂，
对反应设备性能要求高，反应过程能耗高、时间长，成本高等技术问题。
本发明同时还解决了现有生产锆钛酸钡粉体技术所存在粉体纯度低，颗
粒大且粒度分布不均匀等技术问题。
本发明主要是通过下述技术方案得以解决上述技术问题的其包括以下
A. 配制溶液将纯四氯化钛、八水合二氯氧锆和氯化钡分别用去离子水 配制成一定浓度的溶液，然后按照Ba/(Ti+Zr)的摩尔比不得低于1. 05的比 例进行计量；将上述计量后的溶液混合于同一容器中，并加入适量的去离子 水，搅拌均匀后制成混合溶液备用；
B. 合成反应将混合溶液倒入常压反应釜中，开启搅拌，然后往混合溶 液中加入氢氧化钠固体，并保证常压反应釜中溶液的PH值大于14，反应温度 控制在80'C—10(TC之间，这样恒温反应2~6小时之后就制得锆钛酸钡沉淀 物；
C. 洗涤将反应合成后的锆钛酸悬浊液放入密闭的容器中冷却，冷却后 用去离子水冲洗，将溶液中的钠离子和氯离子等洗去，洗涤过程在隔离空气 的条件进行，以防止空气中的C02与残留于悬浊液中的Ba(0H)2反应而生成 BaC03，影响产品电性能。洗涤至电导率小于50us/cm后，用X射线荧光分析 仪(XRF)检测，其Ba/ (Ti+Zr)元素比在0. 995—1. 005之间即为合格。
D. 干燥将锆钛酸钡过滤，烘干并粉碎，即可获得锆钛酸钡粉体。 作为优选，在配制溶液步骤中，所述四氯化钛溶液的浓度为2.5—5.0
mol/L，所述八水合二氯氧锆溶液的浓度为1.0—3.0 mol/L,所述氯化钡溶液
的浓度为0. 8—1.2mol/L。
作为优选，合成反应步骤中，所述反应温度为10(TC。
作为优选，所述混合溶液中，其钛、锆的摩尔浓度和为0. 2~0. 6 mol/L，
其钛、锆的最佳摩尔浓度和为0. 5 mol/L。
本发明反应在常压下进行，反应温度不超过10(TC，因此降低了合成工艺
过程中的设备投入，并且大大减少了对能源的损耗；从而克服了在高压高温
水热合成法中，设备性能要求高，反应过程能耗高等技术缺陷。并且由于反 应是在常压、低温环境中进行，对反应中过程中的各种参数的调整和控制都 比较容易，因此每批次产品的质量都很稳定。
本发明采用纯四氯化钛作钛源，八水合二氯氧锆作锆源，氯化钡作钡源， 氢氧化钠作为反应沉淀剂，并结合工艺中，对反应条件实时、严格的控制， 使反应速度大大加快，并且反应后的氯化纳等残留物便于洗涤，对环境污染 小。
因此，采用本发明方法制备的锆钛酸钡粉体具有晶粒发育完整、粒度分 布均匀，不团聚、活性高，成本低等特点，完全可满足电子工业对锆钛酸钡 高性能的要求。
图1是8&11。.821"。.203的晶体衍射图； 图2是BaTi。82Zr。a8()3的晶体衍射图； 图3是BaTi。.8Zr。.203的电子显微镜照片； 图4是BaTi。.82Zr。.w03的电子显微镜照片。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1:制备BaTiQ.8Zr。.203。用量筒量取0. 2升4. Omol/L四氯化钛溶液、 0. 2升1. 0mol/L 二氯氧锆和1升1. 2mol/L氯化钡溶液置于容器中，并加入0. 6 升去离子水搅拌至混合均匀；然后将上述混合液倒入常压反应釜中，开启搅 拌，并向其中加入312g氢氧化钠固体，用电热套加热升温至8(TC并恒温6小 时后，冷却至室温，再用去离子水进行冲洗；上述洗涤过程在全封闭状态下 进行，洗涤至电导率小于50us/cm后，经XRF检测，当达到Ba/ (Ti+Zr)元 素比在0.995-1.005之间即为合格，合格后进行干燥、粉碎，得到锆钛酸钡 粉体。
实施例2:制备BaTi。82Zr。a803;用量筒量取0. 328升2. 5mol/L四氯化钛
溶液、0.06升3.0mol/L 二氯氧锆和1. 5升0.8mol/L氯化钡溶液置于容器中， 并加入3. 11升去离子水搅拌至混合均匀；然后将上述混合液倒入常压反应釜 中，开启搅拌，并向其中加入460g氢氧化钠固体，用电热套加热升温至100 'C并恒温2小时后，冷却至室温，再用去离子水进行冲洗，上述洗涤过程在 全封闭状态下进行，洗涤至电导率小于50us/cm后，送检XRF，当达到Ba/ (Ti+Zr)元素比在0.995-1.005之间即为合格，合格后进行干燥、粉碎，得 到锆钛酸钡粉体。
实施例3:制备BaTi。.抑Zr。.w03;用量筒量取0.16升5. Omol/L四氯化钛溶 液、0. 1升2. 0raol/L 二氯氧锆和1升1. lmol/L氯化钡溶液置于容器中，并加 入0.41升去离子水搅拌至混合均匀；然后将上述混合液倒入常压反应釜中， 开启搅拌，并向其中加入325g氢氧化钠固体，用电热套加热升温至90C并恒 温4小时后，冷却至室温，再用去离子水进行冲洗，上述洗涤过程在全封闭 状态下进行,洗涤至电导率小于50us/cm后，送检XRF，当达到达到Ba/(Ti+Zr) 元素比在0.995-1.005之间即为合格，合格后进行干燥、粉碎，得到锆钛酸 钡粉体。
用X射线衍射分析设备(XRD)分别对上述实施例1、 2的锆钛酸钡干燥粉 体分析表明，其物相均为立方相锆钛酸钡。
用扫描电子显微镜(SEM)分别对实施例1和实施例2的锆钛酸钡干燥粉 体进行分析。
如图3所示，实施例1中的BaTi。.8Zr。.A的电镜照片显示该粉体粒子的形 貌近似球形，并且分散性好，粉体粒径在100-200纳米，平均约为150纳米。
如图4所示，实施例2中的BaTi。.82Zr。.,803的电镜照片显示该粉体粒子的 形貌近似球形，并且分散性好，粉体粒径为100-200纳米，平均约为150纳 米。
用比表面积吸附仪分别测量实例1、 2的锆钛酸钡干燥粉体。实例1 83^。.821"。.203粉体的比表面积为30平方米/克。实例2 BaTiQ82Zro」803粉体的比 表面积为29平方米/克。
权利要求
1.一种锆钛酸钡粉体的常压水热制备方法，其特征是在所述方法包括以下步骤A.配制溶液将纯四氯化钛、八水合二氯氧锆和氯化钡分别用去离子水配制成一定浓度的溶液，然后按照Ba/(Ti+Zr)摩尔比不得低于1.05的比例进行计量，将上述计量后的溶液混合于同一容器中，并加入适量的去离子水，搅拌均匀后制成混合溶液备用；B.合成反应将混合溶液倒入常压反应釜中，开启搅拌，然后往混合溶液中加入氢氧化钠固体，并保证常压反应釜中溶液的PH值大于14，反应温度控制在80℃-100℃之间，恒温反应2-6小时之后就制得锆钛酸钡沉淀物；C.洗涤将反应合成后的锆钛酸钡沉淀物放入密闭的容器中冷却，冷却后在隔离空气的条件下用去离子水冲洗；D.干燥将洗涤后锆钛酸钡料液过滤，烘干并粉碎，即可获得锆钛酸钡粉体。
2. 根据权利要求1所述的锆钛酸钡粉体的常压水热制备方法，其特征是 在配制溶液步骤中，所述四氯化钛溶液的浓度为2. 5—5.0 mol/L,所述八水 合二氯氧锆溶液的浓度为1. 0~3. 0 mol/L,所述氯化钡溶液的浓度为0. 8— 1.2mol/L。
3. 根据权利要求1所述的锆钛酸钡粉体的常压水热制备方法，其特征是 在合成反应步骤中，所述反应温度为100'C。
4. 根据权利要求1所述的锆钛酸钡粉体的常压水热制备方法，其特征是 在所述混合溶液中，其钛、锆的摩尔浓度和为0. 2~0. 6 mol/L。
5. 根据权利要求4所述的锆钛酸钡粉体的常压水热制备方法，其特征是 在所述混合溶液中，其钛、锆的摩尔浓度和为0.5 mol/L。
全文摘要
一种锆钛酸钡粉体的常压水热制备方法。采用纯四氯化钛作钛源，八水合二氯氧锆作锆源，氯化钡作钡源，氢氧化钠作为反应沉淀剂，并结合工艺中，对反应条件实时、严格的控制，使反应速度大大加快，并且反应后的氯化钠等残留物便于洗涤，对环境污染小。本发明反应在常压、低温环境中进行，因此对反应中过程中的各种参数的调整和控制都比较容易，采用本发明方法制备的锆钛酸钡粉体具有晶粒发育完整、粒度分布均匀，不团聚、活性高，成本低等特点，完全可满足电子工业对锆钛酸钡高性能的要求。
文档编号C04B35/462GK101104562SQ20071005237
公开日2008年1月16日 申请日期2007年6月4日 优先权日2007年6月4日
发明者锋 杨, 贡 林, 敏 王, 赵中友, 敏 黄 申请人:仙桃市中星电子材料有限公司