CN101492180A - 一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法，以碱土金属硝酸盐，氯化物或碳酸盐为原料，以KCl、NaCl、或者K₂SO₄或者摩尔比为1∶1的KCl和NaCl混合盐为助熔剂。利用高温反应得到尺寸和形貌可控的粉体。然后经过洗涤、抽滤和干燥得到最终所需的粉体。由于制备过程不引入其他离子，所制备的粉体纯度高，可作为各领域通用的粉体，如可以作为分散性好的高纯粉体，也可以用作模板粒子制备高性能陶瓷材料。本发明流程少，工艺简单，对设备要求低，原料价格低廉，成本低，易于产业化。

Description

一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法

技术领域

本发明涉及一种片状铌酸盐粉体的制备方法，所得到粉体可作为高性能电子陶瓷的模板粒子、改性添加物或者直接作为陶瓷粉体进行相关陶瓷的制备。

背景技术

铌酸盐以其独特的性能在多个领域都有广泛的应用。铌酸盐具有独特的电光效应，可以用来产生光折射孤子或者作为电光调制材料。铌酸盐具有卓越的非线性光学性能，可以用作谐波发生器。铌酸盐具有优越的铁电性能，可以作为信息存储、微波介电材料和压电材料。特别是近年来对环境友好材料的需求日益高涨，碱土金属铌酸盐无铅压电材料已引起当今科研领域的广泛重视。

目前细微粉体的分散一直是研究的热点，熔盐法制备的粉体具有分散性好的优点。并且由于无铅压电陶瓷与传统锆钛酸铅陶瓷性能有很大的差距，科研人员采用织构的方法来提高陶瓷性能成为当今的一个发展趋势。其中模板粒子和反应模板粒子生长以其经济和适用于大规模工业生产而成为研究的热点。众所周知棒状模板适合于挤出成型而片状模板适合于流延成型。以前铌酸盐的模板粒子多为棒状KSr₂Nb₅O₁₅，虽然科研人员经过一定的改进可以用于流延成型。但是片状粒子更加利于织构化，所得织构陶瓷取向度更高。因此更加迫切需要一种片状的并且与最终陶瓷成分更加接近的模板粒子。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法，本制备方法流程少，工艺简单，对设备要求不高，成本低，易于产业化，并且所得粉体粒子形貌、尺寸可控，无团聚，容易分散。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法，其特征在于包括以下依次步骤：

(1)根据最终所得产物铌酸盐粉体中的成分要求，称取相对应物质量的反应物，反应物包括有碱金属、碱土金属硝酸盐、氯化物或碳酸盐及Nb₂O₅，然后结合分散介质进行球磨6～24小时，再干燥，过筛；

(2)按照1∶(0.3～3)的质量比为称取一定量的助熔剂，与球磨过的反应物进行混合，研磨；

(3)将上述原料至于坩埚中密封，在1000～1250℃下烧结2～6小时；

(4)然后浸泡、抽滤，用去离子水反复冲洗，直到助熔剂离子在规定的要求范围内，干燥即得所需粉体。

所述的碱金属选用Na或K元素。

所述的碱土金属选用Mg、Ca、Sr或Ba元素。

所述的粉体中三价稀土元素选用La₂O₃或者Y₂O₃。

所述的分散介质选用无水乙醇。

所述的助熔剂选用KCl、NaCl、K₂SO₄或者摩尔比为1∶1的KCl&NaCl混合盐。

所述的反应物与助熔剂的质量比为1∶(0.3～3)。

所述的规定的要求范围直到以AgNO₃或者Ba(NO₃)₂检验不含有助熔剂离子为止，就是无法采用这种试剂进行分析检测。

最后，获得的铌酸盐粉体的化学通式为AxBNbyCzO_{(0.5x+1+2.5y+1.5z)}，其中x＝0～0.5，y＝0.05～1.95，z＝0～0.05，A为碱金属的一种或者其几种的组合，B为碱土金属的一种或者其几种的组合，C为三价稀土元素。

与现有技术相比，本发明的优点在于：以碱金属、碱土金属硝酸盐、氯化物或碳酸盐为原料，以KCl、NaCl、K₂SO₄或者摩尔比为1∶1的KCl&NaCl混合盐为助熔剂。通过加热使熔盐和反应物的混合物熔化，在液相环境下进行反应并生成所需产物，以去离子水洗涤去除助熔剂得到纯净的反应产物。与传统固相法相比，本制备方法流程少，工艺简单，对设备要求不高，成本低，易于产业化。并且所得粉体粒子形貌、尺寸可控，无团聚，容易分散。与熔盐法制备棒状KSr₂Nb₅O₁₅相比，本方法获得的片状模板粒子更加适合流延成型并且组分在一定范围内可自由调剂，适用范围更广。

附图说明

图1a-1g：产物的扫描电镜照片；

图2：产物的X射线衍射图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

按化学式Sr_0.3Ba_0.7NbO_3.5(此时x＝0，无A；B为Sr和Ba的组合；y＝1；z＝0，无C)称取对应物质量的SrCO₃、Ba(NO₃)₂和Nb₂O₅，以无水乙醇为分散介质球磨12小时，其中反应物与无水乙醇的质量比为1∶2，干燥、过筛。按助熔剂与反应物的质量比1∶2称量KCl和NaCl的混合盐，混合盐摩尔比为1∶1，混合，研磨放置于氧化铝坩埚中，密封后，在1075℃烧结4h.烧结后的产物经浸泡、抽滤，用去离子水反复洗涤、干燥，即得纯净的产物a。产物a的扫描电镜照片见图1a，粉末X射线衍射图见图2中2a曲线。

实施例2

按化学式Sr_0.5Ba_0.5NbLa_0.007O_3.5105(此时x＝0，无A；B为Sr和Ba的组合，Sr和Ba的比率有所变化，但总量为1保持不变；y＝1；z＝0.007，C为La₂O₃)称取对应物质量的SrCl₂、BaCO₃、Nb₂O₅和La₂O₃，以无水乙醇为分散介质球磨12小时，其中反应物与无水乙醇的质量比为1∶1.5，干燥、过筛。按助熔剂与反应物的质量比1∶1称量KCl和NaCl的混合盐，混合盐摩尔比为1∶1，混合，研磨放置于氧化铝坩埚中，密封后，在1075℃烧结4h.烧结后的产物经浸泡、抽滤，用去离子水反复洗涤、干燥，即得纯净的产物b。产物b的扫描电镜照片见图1b，粉末X射线衍射图见图2中2b曲线。

实施例3

按化学式Sr_0.75Ba_0.25Nb_1.2Y_0.007O_4.0105(此时x＝0，无A；B为Sr和Ba的组合，Sr和Ba的比率有所变化，但总量为1保持不变；y＝1.2；z＝0.007，C为Y₂O₃)称取对应物质量的Sr(NO₃)₂、Ba(NO₃)₂、Nb₂O₅和Y₂O₃，以无水乙醇为分散介质球磨12小时，其中反应物与无水乙醇的质量比为1∶2.5，干燥、过筛。按助熔剂与反应物的质量比1∶1称量一定量的K₂SO₄，混合，研磨放置于氧化铝坩埚中，密封后，在1175℃烧结4h.烧结后的产物经浸泡、抽滤，用去离子水反复洗涤、干燥，即得纯净的产物c。产物c的扫描电镜照片见图1c，粉末X射线衍射图见图2中2c曲线。

实施例4

按化学式Mg_0.01Ca_0.04Sr_0.25Ba_0.70Nb_1.2O₄(此时x＝0，无A；B为Mg、Ca、Sr和Ba的组合，总量为1保持不变；y＝1.2；z＝0，无C)称取对应物质量的MgO、CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃和Nb₂O₅，以无水乙醇为分散介质球磨12小时，其中反应物与无水乙醇的质量比为1∶2，干燥、过筛。按助熔剂与反应物的质量比1∶1称量KCl和NaCl的混合盐，混合盐摩尔比为1∶1，混合，研磨放置于氧化铝坩埚中，密封后，在1175℃烧结4h.烧结后的产物经浸泡、抽滤，用去离子水反复洗涤、干燥，即得纯净的产物d。产物d的扫描电镜照片见图1d，粉末X射线衍射图见图2中2d曲线。

实施例5

按化学式Sr_0.95Ca_0.05Nb_1.2O₄(此时x＝0，无A；B为Ca和Sr的组合，总量为1保持不变；y＝1.2；z＝0，无C)称取对应物质量的SrCl₂、CaCO₃和Nb₂O₅，以无水乙醇为分散介质球磨12小时，其中反应物与无水乙醇的质量比为1∶2，干燥、过筛。按助熔剂与反应物的质量比1∶1.5称量KCl，混合，研磨放置于氧化铝坩埚中，密封后，在1175℃烧结4h。烧结后的产物经浸泡、抽滤，用去离子水反复洗涤、干燥，即得纯净的产物e。产物e的扫描电镜照片见图1e，粉末X射线衍射图见图2中2e曲线。

实施例6

按化学式Mg_0.1Ca_0.1Sr_0.8Nb_1.4La_0.007O_4.5105(此时x＝0，无A；B为Mg、Ca和Sr的组合，总量为1保持不变；y＝1.4；z＝0.007，C为La₂O₃)称取对应物质量的SrCO₃、Ba(NO₃)₂、Nb₂O₅和La₂O₃，以无水乙醇为分散介质球磨12小时，其中反应物与无水乙醇的质量比为1∶2，干燥、过筛。按助熔剂与反应物的质量比1∶1称量KCl，混合，研磨放置于氧化铝坩埚中，密封后，在1175℃烧结4h.烧结后的产物经浸泡、抽滤，用去离子水反复洗涤、干燥，即得纯净的产物e。产物e的扫描电镜照片见图1f，粉末X射线衍射图见图2中2f曲线。

实施例7

按化学式K_0.1Sr_0.7Ba_0.3Nb_1.6O_5.05(此时x＝0.1，A为K；B为Ba和Sr的组合，总量为1保持不变；y＝1.6；z＝0，无C)称取对应物质量的K₂CO₃、Sr(NO₃)₂、BaCl₂和Nb₂O₅，以无水乙醇为分散介质球磨12小时，其中反应物与无水乙醇的质量比为1∶2，干燥、过筛。按助熔剂与反应物的质量比1.5∶1称量K₂SO₄，混合，研磨放置于氧化铝坩埚中，密封后，在1175℃烧结4h.烧结后的产物经浸泡、抽滤，用去离子水反复洗涤、干燥，即得纯净的产物g。产物g的扫描电镜照片见图1g。

Claims (9)

1.一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法，其特征在于包括以下依次步骤：

(1)根据最终所得产物铌酸盐粉体中的成分要求，称取相对应物质量的反应物，反应物包括有碱金属、碱土金属硝酸盐、氯化物或碳酸盐及Nb₂O₅，然后结合分散介质进行球磨6～24小时，再干燥，过筛；

(2)按照1∶(0.3-3)的质量比为称取一定量的助熔剂，与球磨过的反应物进行混合，研磨；

(3)将上述原料至于坩埚中密封，在1000～1250℃下烧结2～6小时；

(4)然后浸泡、抽滤，用去离子水反复冲洗，直到助熔剂离子在规定的要求范围内，干燥即得所需粉体。

2.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的碱金属选用Na或K元素。

3.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的碱土金属选用Mg、Ca、Sr或Ba元素。

4.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的粉体中三价稀土元素选用La₂O₃或Y₂O₃。

5.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的分散介质选用无水乙醇。

6.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的助熔剂选用KCl、NaCl、K₂SO₄或者摩尔比为1∶1的KCl&NaCl混合盐。

7.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的反应物与助熔剂的质量比为1∶(0.3～3)

8.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的规定的要求范围是直到以AgNO₃或者Ba(NO₃)₂检验不含有助熔剂离子为止。

9.根据权利要求1所述的熔盐法制备方法，其特征在于所述的铌酸盐粉体的化学通式为AxBNbyCzO_{(0.5x+1+2.5y+1.5z)}，其中x＝0～0.5，y＝0.05～1.95，z＝0～0.05，A为碱金属的一种或者其几种的组合，B为碱土金属的一种或者其几种的组合，C为三价稀土氧化物。

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