专利名称：一种微波水热合成铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体的方法
技术领域：
本发明属于功能材料领域，涉及一种铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体合成方法。
背景技术：
目前无铅压电材料主要分BaTi03基无铅压电陶瓷、BNT基无铅压电陶瓷、铋层状无铅压 电陶瓷、铌酸盐系无铅压电陶瓷几类。其中碱金属铌酸盐以居里点高、具有反铁电性而受到 人们的瞩目。
铌酸钠、铌酸钾是具有正交晶系结构的介电材料，室温下具有反铁电性，反铁电范围为 -100~+360°C ， 0°C以下则表现出铁电性。经少量Li或K掺杂的NaNb03、 KNb03材料在室温 以上具有强的铁电性，NaNb03、 KaNb03基无铅压电陶瓷具有独特的物理性质低密度，高 声学速度、介电常数、机械品质因数及压电常数取值范围较宽等。在压电、热释电、电光等 方面都具有良好的性能和广泛的应用前景。通常NaNb03粉体是通过Nb205和Na2C03经固相 反应合成获得，这种方法的缺点是难于使原料混合均匀，陶瓷的烧结温度高，难以合成致密 均一的单相陶瓷。
目前，关于水热合成NaNb03粉体的研究报道有，Vousden最先把Nb20s在NaOH溶液中 煮沸合成NaNb03。 Kinomura等人以Na8[Nb6Ch9] 13H20为原料，NaOH做矿化剂，用水热 法制备NaNb03。 Santos等人用Nb205和不同浓度的NaOH溶液，在200'C合成了单相正交 系的NaNb03粉体，报道了不同反应时间与不同NaOH和Nb205摩尔比对产物的影响。
KNb03采用传统固相烧结方式，烧结温度高(一般高于IOO(TC)，并且K20具有挥发性， 高温下容易挥发，尤其是在潮湿的烧结气氛下，这种效应会更加明显，K和Nb的比例很难 控制，得到的KNb03产物纯度低；而且高温容易导致晶粒的异常长大，KNb03的致密化比较 困难。虽然溶胶-凝胶等液相工艺能够得到纯KNb03，但是热处理温度很高(一般高于600 °C)，耗费能量高。
微波通常是指波长为lm到0.1mm范围内的电磁波，其相应的频率范围是 300MHz 300GHz。微波作用的本质是电磁波对带电粒子的作用，是物质在外加电磁场作用下 内部介质极化产生的极化强度矢量滞后于电场变化而导致与电场相同的电流产生，导致了材 料的内耗，因此微波作用与其频率和功率密度密切相关，也与介质的介电性能密切相关。微 波之所以能在化学合成领域中应用，是因为化学反应所涉及的反应物中带有水、醇类、羧酸 类等各种极性分子。在通常情况下，这些分子呈杂乱无章的运动状态，当微波炉磁控管辐射
出频率极高的微波时，微波能场以每秒二三十亿次的速度不断地变换正负极性，分子运动发 生了巨变，分子排列起来并高速运动，产生相互碰撞、摩擦、挤压，从而动能一微波能转化 为热能。由于此种能量来自反应物溶剂内部，本身不需要传热媒体，不靠对流，样品温度便 可以很快上升，从而可以全面，快速，均匀地加热反应物溶剂，达到提高化学反应速率的目 的。微波除了有热效应还有非热效应，可以有选择性的加热，从而使化学反应具有一定的选 择性。
微波水热作为一种新的合成纳米材料技术，由于具有其他方法尤其是传统合成技术不可 比拟的优点-
(1) 微波加热速率快，反应条件温和，避免了材料合成过程中晶粒的异常长大，能在短 时间，低温下合成纯度高，粒度细，分布均匀的材料；
(2) 可直接穿透一定深度的样品，在不同深度同时加热，不需传热过程，这种体加热作 用使加热快速，均匀；
(3) 通过调节微波的输出功率，可使样品的加热情况立即无惰性地改变，便于进行自动 控制和连续操作；
(4) 微波加热的热惯性小，因此关闭电源后试样，即可在周围的低温环境中实现较快速 降温；热能利用率高(60%~90%),可大大节约能量。
因此，微波水热法作为一种方便、快捷高效的方法，制备高纯、粒度分布均匀的纳米材 料已受到广泛应用。
发明内容
本发明目的是结合水热法和微波加热的优点，采用微波水热技术生产铌酸钠无铅压电陶 瓷粉体。
一种微波水热合成铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体的方法，其特征是以NaOH或K0H溶 液，Nb205为反应物，采用微波水热技术合成NaNb03或KNb03陶瓷粉体，NaOH或KOH浓度为
4- 8mol/L，他205加入量为0. 01-0. 02摩尔，反应温度为110-150°C，保温时间为2-6小时。
如上所述的微波水热合成铌酸钠无铅压电陶瓷粉体的方法，NaOH或KOH最佳浓度范围为
5- 7mol/L,NW)5最佳加入量为0.013-0. 016摩尔；反应最佳温度范围为130-140°C;最佳保温 时间为4-5小时。
微波水热合成铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体同时拥有微波独特的加热特性和水热法本 身的优点，工艺简单、成本低廉、低能耗，具有非常广泛的应用前景。
图1: NaNb03XRD图(反应温度13(TC，反应时间4h)
图2: KNb03XRD图(反应温度130°C，时间12h)
具体实施例方式
实施例1
工艺流程如下
1. 配置浓度为6mol/L的氢氧化钠溶液，溶液体积60ml;
2. 称取3.75克(0.0141mol)Nb2O5粉体；
3. 将Nb205粉体与氢氧化钾溶液混合后放入聚四氟乙烯水热釜中，保持50%的填充度，搅拌 1小时至混合均匀；
4. 将水热釜放入到微波炉中，调节功率旋钮，控制反应温度110-150°C，保温2-61l;
5. 待反应完全后，可以看到内衬底部有白色沉淀，为检测溶液中是否存在可溶性的铌酸盐， 内衬中的上层清液倒入烧杯中滴加盐酸至中性；
6. 用去离子水将内衬底部的白色沉淀物多次离心至中性；
7. 将洗至中性的白色沉淀物，放入微波炉中干燥；
8. 经XRD测试得到非常纯的NaNb03粉体。 实施例2
工艺流程如下
1. 配置浓度为6mol/L的氢氧化钾溶液，溶液体积60ml;
2. 称取3.75克(0.0141mol)Nb205粉体；
3. 将Nb205粉体与KOH溶液混合后放入聚四氟乙烯水热釜中，保持50%的填充度，搅拌l 小时至混合均匀；
4. 将水热釜放入到微波炉中，调节功率旋钮，控制反应温度110-150°C，保温10-24h;
5. 待反应完全后，可以看到内衬底部有白色沉淀，为检测溶液中是否存在可溶性的铌酸盐， 内衬中的上层清液倒入烧杯中滴加盐酸至中性；
6. 用去离子水将内衬底部的白色沉淀物多次离心至中性；
7. 将洗至中性的白色沉淀物，放入微波炉中干燥，得到粉体；
8. 经XRD测试得到非常纯的KNb03粉体 具体试验结果
从XRD图的标注中很清晰的看到在此试验条件下合成了非常纯的NaNb03或KNb03粉体， 而且相比较水热合成NaNb03或KNb03粉体(23(TC ， 24h),微波水热节约了能量，是一种新的 有效合成途径。
权利要求
1.一种微波水热合成铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体的方法，其特征是以NaOH或KOH溶液，Nb2O5为反应物，采用微波水热技术合成NaNbO3或KNbO3陶瓷粉体，NaOH或KOH浓度为4-8mol/L，Nb2O5加入量为0.01-0.02摩尔，反应温度为110-150℃，保温时间为2-6小时。
2. 如权利要求1微波水热合成铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体的方法，其特征是NaOH 或KOH浓度范围为5-7mol/L，Nb205加入量为0. 013-0. 016摩尔；反应温度范围为130-140°C; 保温时间为4-5小时。
全文摘要
一种微波水热合成铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体的方法，属于功能材料领域。其特征是以NaOH或KOH溶液，Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>为反应物，采用微波水热技术合成NaNbO<sub>3</sub>或KNbO<sub>3</sub>陶瓷粉体，NaOH或KOH浓度为4-8mol/L，Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>加入量为0.01-0.02摩尔，反应温度为110-150℃，保温时间为2-6小时。微波水热合成铌酸钠铌酸钾无铅压电陶瓷粉体同时拥有微波独特的加热特性和水热法本身的优点，工艺简单、成本低廉、低能耗，具有非常广泛的应用前景。
文档编号C01G33/00GK101186339SQ20071017870
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者媛 周, 慈 张, 梅 张, 王习东, 敏 郭 申请人:北京科技大学