一种制备化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体的方法与流程

本发明涉及一种制备化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体的方法，属于材料科学中的微晶粉体制备技术领域。

背景技术：

钨青铜结构的铌酸锶钾（ksr2nb5o15）材料自发极化强、光学双折射效应明显，并且铌酸锶钾单晶的电光系数约为linbo3单晶的7倍，在光电、铁电、介电以及激光等领域有广阔的应用空间。与单晶相比，铌酸锶钾织构陶瓷具有制备周期短，成本低的优势，使得铌酸锶钾陶瓷的织构化得到了迅速发展。若采用形貌各向异性的针状铌酸锶钾微晶粉体为原料，通过涂刷流延工艺使得微晶定向排布，高温烧结后可制备出织构度较高的致密铌酸锶钾陶瓷（l.liu.fabricationofgrain-orientedksr2nb5o15ceramicsbyabrushtechnique[j].materialsletters186(2017)105–108）。在此过程中，针状铌酸锶钾微晶粉体是相关组分织构陶瓷制备中的关键材料。

目前制备形貌各向异性铌酸锶钾微晶的方法主要为熔盐法（高峰.一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法[p].中国发明专利，cn102616852b），但所得粉体化学成分偏离了化学计量比，导致采用该粉体为原料合成的铌酸锶钾陶瓷居里温度较低，仅为82℃（l.liu.microstructure,dielectricanomalyandpinchedhysteresisloopsofgrain-orientedksr2nb5o15ferroelectricceramics[j].journalofmaterialsscience:materialsinelectronics29(2018)9635–9642），极大地限制了铌酸锶钾陶瓷材料的发展。因此寻找一种制备化学计量比微晶且粉体形貌各向异性强的技术是发展铌酸锶钾微晶粉体制备技术的关键。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种制备化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体的方法。

本发明通过加压缩短了原料粉体之间的距离，在高温熔盐环境中加速了离子的扩散，进一步促进目标产物的高效率合成，避免了因各原料密度差异在熔盐中分层导致的成分不均匀。

本发明提供了一种制备化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体的方法，包括以下步骤：

步骤一：制备原料混合物：

将分析纯的srco3和nb2o5粉末，按摩尔比1:1.25的比例称量。称量kcl粉末。将称量好的srco3、nb2o5和kcl置于聚乙烯球磨罐中。在聚乙烯球磨罐中加入无水乙醇在球磨机上球磨10h～24h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在60℃～80℃下烘干6h～12h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到原料混合物。

所述kcl的质量与称量好的srco3和nb2o5的质量之和的比例为1.5～3.5:1。所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中的由srco3、nb2o5和kcl组成的粉料的质量比为2～4:1。

步骤二：压制原料混合物：

将得到的原料混合物置于模具中，在50mpa~200mpa条件下压制成原料混合物块体。

步骤三：制备铌酸锶钾微晶粉体：

将得到的原料混合物块体置于刚玉坩埚中在1100℃～1250℃煅烧3h～6h。煅烧后在80℃～100℃蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出cl^-。在60～80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾微晶粉体。

步骤四：制备针状铌酸锶钾微晶粉体：

将得到的针状铌酸锶钾微晶置于烧杯中，加入蒸馏水于磁力搅拌机上搅拌10min～40min，沉降1min～2min后将上清液倒掉。在60℃～80℃下烘干沉降后的粉料，得到化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体。

上述制备方法制得的化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体，长为15～20μm，长径比大于20，微晶中各元素含量的比值为k:sr:nb≈1:2:5。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种制备化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体的方法，是采用改进的熔盐法制备铌酸锶钾微晶粉体。本发明步骤简便，所得产物纯度高并且化学成分符合铌酸锶钾化学计量比，长径比大于20，满足各向异性模板所需要求，机械污染小，配方偏差小，工艺过程易于控制以及产品的重现性和稳定性好，能够大量生产具有铌酸锶钾化学计量比的形貌各向异性模板粉体。

附图说明

图1是实施例1铌酸锶钾微晶粉体的sem图像。

图2是实施例1沉降处理后铌酸锶钾微晶粉体的sem图像。

图3是实施例1制备的铌酸锶钾微晶粉体的xrd图谱。

图4是实施例1铌酸锶钾陶瓷介电温度谱线图。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

本实施例是一种制备化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体的方法，其具体过程是：

步骤1：制备原料混合物。将分析纯的srco3和nb2o5粉末，按摩尔比1:1.25的比例称量。称量kcl粉末。将称量好的srco3、nb2o5和kcl置于聚乙烯球磨罐中。在聚乙烯球磨罐中加入无水乙醇在球磨机上球磨12h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在80℃下烘干10h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到原料混合物。所述kcl的质量与称量好的srco3和nb2o5的质量之和的比例为1.5:1。所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中的由srco3、nb2o5和kcl组成的粉料的质量比为2:1。

步骤2：压制原料混合物。将得到的原料混合物置于模具中，在100mpa条件下压制成原料混合物块体。

步骤3：制备铌酸锶钾微晶粉体。将得到的原料混合物块体置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧4h。煅烧后在100℃蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出cl^-。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾微晶粉体。

步骤4：制备针状铌酸锶钾微晶粉体。将得到的针状铌酸锶钾微晶置于烧杯中，加入蒸馏水于磁力搅拌机上搅拌20min，沉降1min后将上清液倒掉。在80℃下烘干沉降后的粉料，得到化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体。

本发明中通过加压缩短了原料粉体之间的距离，在高温熔盐环境中加速了离子的扩散，进一步促进目标产物的高效率合成，避免了因各原料密度差异在熔盐中分层导致的成分不均匀。本实施例制得的铌酸锶钾微晶粉体如图1所示，其形貌各向异性较弱，尺寸分布较宽，长约1～20μm，直径约0.5～1μm；沉降处理后制备出的铌酸锶钾微晶粉体如图2所示，长约15～20μm，长径比大于20，微晶粉体颗粒非常均匀、分散性好；x射线粉末衍射图谱与ksr2nb5o15标准卡片完全吻合，如图3所示；eds测试结果显示，微晶中各元素含量的比值为k:sr:nb≈1:2:5，进一步证实了本发明制备的微晶粉体成分符合铌酸锶钾化学计量比。

为了进一步证实合成粉体的化学成分符合计量比，对铌酸锶钾陶瓷的介温谱线进行了测试，如图4所示。其中，铌酸锶钾陶瓷是利用获得的微晶粉体为原料，在1320℃烧结2h合成的。从图可以得出，铌酸锶钾陶瓷的居里温度约为170℃，这一结果很好的证实了本发明制备的微晶粉体化学成分符合铌酸锶钾（ksr2nb5o15）化学计量比。

实施例2：

步骤1：制备原料混合物。将分析纯的srco3和nb2o5粉末，按摩尔比1:1.25的比例称量。称量kcl粉末。将称量好的srco3、nb2o5和kcl置于聚乙烯球磨罐中。在聚乙烯球磨罐中加入无水乙醇在球磨机上球磨12h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在80℃下烘干10h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到原料混合物。所述kcl的质量与称量好的srco3和nb2o5的质量之和的比例为2.5:1。所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中的由srco3、nb2o5和kcl组成的粉料的质量比为3:1。

步骤2：压制原料混合物。将得到的原料混合物置于模具中，在50mpa条件下压制成原料混合物块体。

步骤3：制备铌酸锶钾微晶粉体。将得到的原料混合物块体置于刚玉坩埚中在1100℃煅烧6h。煅烧后在80℃蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出cl^-。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾微晶粉体。

步骤4：制备针状铌酸锶钾微晶粉体。将得到的针状铌酸锶钾微晶置于烧杯中，加入蒸馏水于磁力搅拌机上搅拌40min，沉降1.5min后将上清液倒掉。在60℃下烘干沉降后的粉料，得到化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体。

实施例3：

步骤1：制备原料混合物。将分析纯的srco3和nb2o5粉末，按摩尔比1:1.25的比例称量。称量kcl粉末。将称量好的srco3、nb2o5和kcl置于聚乙烯球磨罐中。在聚乙烯球磨罐中加入无水乙醇在球磨机上球磨12h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在80℃下烘干10h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到原料混合物。所述kcl的质量与称量好的srco3和nb2o5的质量之和的比例为3:1。所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中的由srco3、nb2o5和kcl组成的粉料的质量比为4:1。

步骤2：压制原料混合物。将得到的原料混合物置于模具中，在150mpa条件下压制成原料混合物块体。

步骤3：制备铌酸锶钾微晶粉体。将得到的原料混合物块体置于刚玉坩埚中在1200℃煅烧5h。煅烧后在90℃蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出cl^-。在60～80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾微晶粉体。

步骤4：制备针状铌酸锶钾微晶粉体。将得到的针状铌酸锶钾微晶置于烧杯中，加入蒸馏水于磁力搅拌机上搅拌10min，沉降1.5min后将上清液倒掉。在70℃下烘干沉降后的粉料，得到化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体。

实施例4：

步骤1：制备原料混合物。将分析纯的srco3和nb2o5粉末，按摩尔比1:1.25的比例称量。称量kcl粉末。将称量好的srco3、nb2o5和kcl置于聚乙烯球磨罐中。在聚乙烯球磨罐中加入无水乙醇在球磨机上球磨12h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在80℃下烘干10h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到原料混合物。所述kcl的质量与称量好的srco3和nb2o5的质量之和的比例为3.5:1。所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中的由srco3、nb2o5和kcl组成的粉料的质量比为4:1。

步骤2：压制原料混合物。将得到的原料混合物置于模具中，在200mpa条件下压制成原料混合物块体。

步骤3：制备铌酸锶钾微晶粉体。将得到的原料混合物块体置于刚玉坩埚中在1250℃煅烧3h。煅烧后在100℃蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出cl^-。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾微晶粉体。

步骤4：制备针状铌酸锶钾微晶粉体。将得到的针状铌酸锶钾微晶置于烧杯中，加入蒸馏水于磁力搅拌机上搅拌30min，沉降1min后将上清液倒掉。在80℃下烘干沉降后的粉料，得到化学计量比铌酸锶钾针状微晶粉体。