陶瓷粉末的制备方法.pdf

本发明涉及一种陶瓷粉末的制备方法，将钛、锆中至少一种的α-羟基羧酸盐溶液直接与氢氧化钡或者氢氧化锶溶液进行混合，在混合后的溶液中产生固体粉末沉淀物；然后从混合溶液中分离出固体粉末，再依次经过洗涤、干燥、煅烧等过程，制备出陶瓷粉末。此种方法工艺简单，且制得粉末成品纯度高、粒径小。

1.  制备陶瓷粉末的方法，包括：将含钛或者含锆的α-羟基羧酸盐溶液与氢氧化钡或者氢氧化锶溶液进行混合；分离出固体粉末；固体粉末经过干燥、煅烧，制备成陶瓷粉末。

2.  根据权利要求1所述制备陶瓷粉末的方法，其中，氢氧化钡或者氢氧化锶的浓度大于或者等于0.005M。

3.  根据权利要求1所述制备陶瓷粉末的方法，其中，优选[CH₃CH(O-)COONH₄]₂Ti(OH)₂溶液和氢氧化钡溶液进行混合。

4.  根据权利要求3所述制备陶瓷粉末的方法，其中，[CH₃CH(O-)COONH₄]₂Ti(OH)₂溶液中的钛与氢氧化钡溶液中的钡的摩尔比为1：1。

5.  根据权利要求1所述制备陶瓷粉末的方法，其中，混合过程是使用机械法混合或者超声波法混合。

6.  根据权利要求1所述制备陶瓷粉末的方法，其中，混合过程是采用同轴喷射混合的方法。

7.  根据权利要求1所述制备陶瓷粉末的方法，其中，从混合后的溶液中分离出固体粉末可以采用过滤法、离心法或者是直接干燥法。

8.  根据权利要求1所述制备陶瓷粉末的方法，其中，将含钛或者含锆的α-羟基羧酸盐溶液与氢氧化钡或者氢氧化锶溶液进行混合后，是经过水热反应制备固体粉末。

陶瓷粉末的制备方法
技术领域
本发明公开了一种陶瓷粉末的制备方法。
背景技术
电子工业上常用的功能陶瓷粉末的制备方法主要是固相合成法和液相合成法。在固相合成法中，为了获得均匀粒度的陶瓷颗粒，常常需要挑选正确的初始反应物。如果是固相合成法，为了得到颗粒尺度小，分布均匀的初始反应物，一般把粉末混合物置于球磨机碾磨几个小时到几天。但是通常在市场中买到的初始粉末的颗粒尺寸相差悬殊，即使在同一批粉末中颗粒尺寸也会有很大的差异，而碾磨过程会产生来自球磨机本身的磨粒和容器磨损，因此从球磨法一般很难得到尺寸均匀而无杂质的产品。此外，在后续的过程中，为了形成一种有用的，并且最好是完全反应的单相均匀粉末，通常进行持续、重复多次球磨和煅烧步骤，从而可以提高材料的均匀度，然而过程中每一次工作都需要几个小时甚至更长的时间。因此，固相法存在许多不可克服的缺点。
在液相合成技术中，有水热法，共沉淀法，溶胶—凝胶法等方法。其中，水热法采用水为加热介质，通过加热创造一个高温高压的反应环境，使常温难溶介质溶解再析出的方法，该方法原料便宜，容易得到符合化学计量比的产物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种工艺简单的制备陶瓷粉末的液相合成方法。
为了解决上述问题，本发明包括：把含钛或者含锆的α-羟基羧酸盐溶液与氢氧化钡或者氢氧化锶溶液进行混合；分离出固体粉末；固体粉末经过干燥、煅烧，制备成陶瓷粉末。
在本发明中，比较合适的水中稳定性好的含钛的α-羟基羧酸盐包括[CH₃CH(O-)COONH₄]₂Ti(OH)₂，它是已经商品化的。它也能从烷氧基钛制得。比如：
Ti[OCH(CH₃)₂]₄+2CH₃CH(OH)COOH+2NH₃·H₂O→
                                 [CH₃CH(O-)COONH₄]₂Ti(OH)₂+4(CH₃)₂CHOH
已经商品化的烷氧基钛还包括：甲氧基钛，乙氧基钛，正丙氧基钛，异丙氧基钛，正丁氧基钛，叔丁氧基钛。也可以通过把烷氧基钛和其他的α-羟基羧酸反应制得水相稳定的钛螯合物。这样的α-羟基羧酸包括(OH)CH₂COOH，CH₃CH₂CH(OH)COOH，CH₃(CH₂)₂CH(OH)COOH，CH₃(CH₂)₃CH(OH)COOH等。
在本发明中，锆的α-羟基羧酸盐包括[CH₃CH(O-)COONH₄]₂Zr(OH)₂，尽管这个化合物并没有商品化，但是也可以通过烷氧基锆来制得，其反应类似于前述制备钛螯合物的过程。
已经商品化的烷氧基锆实例包括：乙氧基锆，丙氧基锆，异丙氧基锆，正丁氧基锆，叔丁氧基锆。与此同时，硝酸氧锆同样为溶于水的化合物，在一定条件下可以稳定存在于水相之中，因此也是一个选择。同样，可以通过把烷氧基锆和其它的α-羟基羧酸反应制得水相稳定的锆螯合物。
氢氧化钡[Ba(OH)₂]或者氢氧化锶[Sr(OH)₂]在本发明中不仅提供了目标陶瓷粉末的组成，同时还起到另外一种非常重要的作用就是作为碱液调节初始反应溶液的pH值。在这一过程中，加入对应的摩尔比的氢氧化钡的量能够充分满足沉淀pH值的需要。因为在溶液的pH值大于12时候溶液中的钛、锆等离子都会逐步沉淀出来。pH值为12时，OH-离子浓度0.01M，换算成氢氧化钡或者氢氧化锶的需求量为0.005M。
在加料的过程中，氢氧化钡预先溶解在80℃去离子水中，因为在常温下氢氧化钡的溶解度非常的低，每100ml升水中只能溶解1.67g，而在温度升高之后，溶解度显著增加，在80℃时每100ml水中能溶解101.4g，因此将温度升高是有必要的，同时温度的升高有利于离子的动态混合，同样钛源预先溶解在80℃去离子水中，这样二者混合的时候温度一致，不会因为温差的关系导致离子扩散的不均匀。
本发明中对于氢氧化锶的制备也采用了上述相同的条件。
溶液进行混合可以以多种方式混合，包括直接加入混合，以及同轴喷射混合，前者速度相对较慢，加入顺序可以是将氢氧化钡或氢氧化锶的溶液加入到含钛或者锆的溶液之中，然后强力搅拌保证混合均匀。后者可以进行迅速混合，在这种情况之下，各种金属离子几乎同时析出成为固体粉末。让金属离子析出还可以采用水热反应析出的方法。在水热反应釜中，由于反应体系自身产生的压力，使各种金属离子同时迅速析出，加快了离子析出的均匀完整度。
在溶液中析出的固体粉末经过干燥和煅烧后制备成陶瓷粉末。
本发明所提供的方法反应步骤少，而氢氧化物在作为反应物同时也作为沉淀剂和pH值调节剂，降低了生产成本，并且可以获得高质量的功能陶瓷粉末。
具体实施方式
下面结合一些具体实施例来进一步描述本发明。
实施例1
在水浴锅内，将50ml去离子水加热至80℃，将11.854g Ba(OH)₂·8H₂O溶于其中制得Ba(OH)₂溶液；然后，将21.589g的50％(质量百分比)的[CH₃CH(O-)COONH₄]₂TiOH₂水溶液溶于50ml、80℃的去离子水中后，再倒入Ba(OH)₂溶液，并使用电动搅拌机剧烈搅拌；保持在80℃下搅拌3小时；把溶液蒸干得白色浆状物，在120℃温度下真空干燥12小时；最后将样品转入坩埚之中，在马弗炉中1050℃下煅烧3小时，得到BaTiO₃粉末。
实施例2
在温度为80℃时，将11.584g Ba(OH)₂·8H₂O溶于50ml的去离子水中制得Ba(OH)₂溶液；然后，将21.589g的50％(质量百分比)的[CH₃CH(O-)COONH₄]₂TiOH₂水溶液溶于50ml、80℃的去离子水中，再缓慢加入到Ba(OH)₂溶液中，并剧烈搅拌；搅拌均匀后转移至带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，以5℃/min升温速率升温至180℃，水热反应12小时；自然冷却，取出产物过滤、烘干，将样品转入坩埚之中在在马弗炉中1050℃下煅烧3小时得到BaTiO₃粉末。
实施例3
在温度为80℃时，将9.095g Sr(OH)₂·8H₂O溶于50ml的去离子水中制得Sr(OH)₂溶液；然后，将20g的50％(质量百分比)的[CH₃CH(O-)COONH₄]₂TiOH₂水溶液溶于50ml、80℃的去离子水中，再缓慢加入到Sr(OH)₂溶液中，并剧烈搅拌；混合溶液在80℃下搅拌3小时；把溶液蒸干得浆状物，真空干燥12小时；最后在1050℃下煅烧3小时，得到SrTiO₃粉末。
实施例4
在温度为80℃时，将9.095g Sr(OH)₂·8H₂O溶于50ml的去离子水中制得Sr(OH)₂溶液；然后，将20g的50％(质量百分比)的[CH₃CH(O-)COONH₄]₂TiOH₂水溶液溶于50ml、80℃的去离子水中，再缓慢加入到Sr(OH)₂溶液中，并剧烈搅拌；搅拌均匀后转移至带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，以5℃/min升温速率升温至180℃，水热反应12小时；自然冷却，取出产物过滤、烘干，将样品转入坩埚之中在在马弗炉中1050℃下煅烧3小时得到SrTiO₃粉末。