CN101607823B - 一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法 - Google Patents
一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101607823B CN101607823B CN200910031767XA CN200910031767A CN101607823B CN 101607823 B CN101607823 B CN 101607823B CN 200910031767X A CN200910031767X A CN 200910031767XA CN 200910031767 A CN200910031767 A CN 200910031767A CN 101607823 B CN101607823 B CN 101607823B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- solution
- ceramic powder
- temperature
- hours
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 68
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 62
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N zirconium nitrate Chemical compound [Zr+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N lead nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Pb]O[N+]([O-])=O RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 21
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 19
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 15
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical group [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical class CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N propan-2-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- -1 antimony peroxide Chemical class 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 8
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 8
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical compound CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate Chemical compound [La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- TZMFJUDUGYTVRY-UHFFFAOYSA-N pentane-2,3-dione Chemical compound CCC(=O)C(C)=O TZMFJUDUGYTVRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 7
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- PQVSTLUFSYVLTO-UHFFFAOYSA-N ethyl n-ethoxycarbonylcarbamate Chemical compound CCOC(=O)NC(=O)OCC PQVSTLUFSYVLTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GLXDVVHUTZTUQK-UHFFFAOYSA-M lithium hydroxide monohydrate Substances [Li+].O.[OH-] GLXDVVHUTZTUQK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229940040692 lithium hydroxide monohydrate Drugs 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 4
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Inorganic materials O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract description 2
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 abstract 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 5
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- UKDIAJWKFXFVFG-UHFFFAOYSA-N potassium;oxido(dioxo)niobium Chemical compound [K+].[O-][Nb](=O)=O UKDIAJWKFXFVFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);triacetate Chemical compound [La+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- JEHCHYAKAXDFKV-UHFFFAOYSA-J lead tetraacetate Chemical compound CC(=O)O[Pb](OC(C)=O)(OC(C)=O)OC(C)=O JEHCHYAKAXDFKV-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- OGHBATFHNDZKSO-UHFFFAOYSA-N propan-2-olate Chemical compound CC(C)[O-] OGHBATFHNDZKSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，该方法首先根据需要制备的压电陶瓷粉体的分子式确定所需要的各种原料，再将含所需元素的原料各自分散或溶解于溶剂中分别形成反应液，也可以取两种及以上的原料同时分散或溶解于一种溶剂中，然后再将这些反应液分别预先加热到较高温度(高于溶剂沸点或达到水热反应温度)后，在高温下进行混合，然后加热到一定温度进行水热反应，高温混合温度一般在140℃～400℃之间。本方法可以制备出各种组分阶段成分均匀，颗粒尺寸均匀的各种压电陶瓷粉体，并且粉体性能的稳定。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种压电陶瓷粉体的制备方法，尤其涉及一种水热法制备压电陶瓷粉体的方法。
二、背景技术
压电陶瓷，特别是PZT系压电陶瓷材料，由于具有优良的铁电、压电性能，被广泛用在各类电子元器件中，其应用领域由最初的检音器、换能器、滤波器扩展到能源、信息、军事科学、超声医学及其他许多高技术领域。随着电子元器件朝着高集成度、高精度、高可靠性、多功能和小型化方向的高速发展，电子工业对压电陶瓷粉体的纯度、颗粒尺寸、成型以及烧结特性提出了更高的要求。因此研究高纯、颗粒形貌理想的电子陶瓷粉体具有广阔的应用前景和重要的战略意义。
压电陶瓷一般是两种或两种以上金属元素的复合氧化物，其粉体的制备方法主要包括固相烧结法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法。其中固相法由于固相反应原理，粉体的化学成分均匀性难以保证，同时由于需要高温煅烧和多次球磨，所制备的粉体具有颗粒尺寸分布较宽、颗粒形状不规则、纯度低等缺点，难以获得高纯、超细、尺寸分布很窄的高质量粉体。目前高质量压电陶瓷粉体的制备方法多集中在以液相反应为主要特征的沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法上。
溶胶-凝胶法采用金属醇盐为原料，在有机介质中水解、缩合、使醇盐溶液经过溶胶-凝胶化过程得到凝胶，在经过干燥和煅烧处理获得超细粉体。粉体具有纯度高、组成均匀、粒度小、化学活性强的特点，但是由于要经过600～1000℃煅烧，粉体极易团聚，且操作条件要求非常严格，原材料的价格昂贵、难以在工业中实现大规模生产。沉淀法包括间接沉淀法和直接沉淀法，草酸盐共沉淀法、柠檬酸盐共沉淀法以及碳酸盐沉淀法等属于间接彻底法，其特征是通过向混合溶液中加入沉淀剂获得钛酸钡的前驱体沉淀，然后再在800～1200℃的温度下煅烧获得超细粉体。由于要经过反复洗涤和高温煅烧，沉淀法获得的粉体因需要煅烧而活性低，环境污染严重，产品一致性较差，而且生产成本较高。
水热法通过在密封压力容器中的适合水热条件下的化学反应实现原子、分子级的微粒构筑和晶体生长，这种方法可以大大降低反应温度(150～500℃)，所制备的粉体具有极化性强，粉体晶粒发育完整，粒径小且分布均匀、团聚程度小，烧结活性高等一系列有点，是当前制备大量高水平粉体的首选方法。但水热反应中反应液的混合是在较低温度下(低于溶剂沸点)进行的，随后是在密闭容器中加入到反应温度，在这个过程中会有大量中间相产生。这些中间相有可能会在最终的粉体中保留下来，影响最终粉体的质量。
申请号为200710178705.2、名称为“一种水热合成钽掺杂的铌酸钾纳无铅压电陶瓷粉的方法”的中国发明专利申请公开了一种水热合成无铅压电陶瓷粉的方法。该方法以氢氧化钾、氢氧化钠、五氧化二铌、五氧化二钽为原料，根据分子式称取不同质量的各原料，再置于反应釜内水热反应，得到白色沉淀物，排除水分后得到钽掺杂的铌酸钾纳无铅压电陶瓷粉体。该方法的特点是直接将各原料混合后水热反应。
三、发明内容
1、技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种通过水热高温混合合成的方式制备压电陶瓷粉体的方法，该方法可以有效地抑制中间相的产生。
2、技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明提供了以下几种技术方案的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法。
技术方案一：本技术方案涉及一种通式为(KxNayLi1-x-y)(NbzTawSb1-z-w)O3的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其中，x，y，z，w为各元素在材料组分中所占的原子百分比，其中，x＝0-1，y＝0-1，z＝0.6-1，w＝0-0.4，包括下列步骤：
步骤一：根据需要制备的压电陶瓷粉体的分子式称取氧化物、氢氧化物为原料；
步骤二：将所有的氧化物与溶剂混合在一起得到悬浮液，将不同氢氧化物的水溶液混合在一起得到溶液；
步骤三：将所得的悬浮液和溶液分别加热至140℃～400℃，并保证加热后的悬浮液和溶液的温度相同；
步骤四：将加热后的悬浮液和溶液混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤五：将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体，即用去离子水反复冲洗得到的粉体并进行干燥。
根据压电陶瓷粉体的分子表达式，可知，所述的氧化物应为五氧化二铌、五氧化二钽和五氧化二锑；所述的氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂。
步骤二中所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙二醇、甘油、乙酰丙酮等常见溶剂中的一种，或者其中两种的混合液，也可以为两种以上溶剂的混合液。
在进行高温混合的过程中，可以先将一种溶液预先在反应釜中加热至所需温度，再将另一种溶液或悬浮液加热至所需温度后，再泵入反应釜中混合进行水热反应；也可以将溶液、悬浮液先分别加热，再全部注入反应釜中混合，进行水热反应。
本技术方案的方法得到的产物为一种无铅压电陶瓷材料。
技术方案二：本技术方案涉及一种通式为Pb(ZrxTiy)O3的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其中，x＝0.3-0.7，y＝0.3-0.7，该方法包括下列步骤：
步骤一：根据分子式组成配方，称取硝酸铅，硝酸锆和钛酸四丁酯；
步骤二：将称取的硝酸铅和硝酸锆与溶剂混合在一起得到第一溶液，钛酸四丁酯与溶剂混合在一起得到第二溶液，并分别加热所得的第一、第二溶液至140℃～400℃，加热后的第一、第二溶液温度相同；
步骤三：将加热后的第一、第二溶液混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤四：将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
在进行高温混合的过程中，可以先将第一溶液预先在反应釜中加热至所需温度，再将第二溶液加热至所需温度后，再泵入反应釜中混合进行水热反应；也可以将第一、第二溶液先分别加热，再全部注入反应釜中混合，进行水热反应。
同技术方案一，步骤二中所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙二醇、甘油、乙酰丙酮等常见溶剂中的一种，或者其中两种的混合液，也可以为两种以上溶剂的混合液。
技术方案三：本技术方案涉及一种通式为(PbxLa1-x)(ZryTi1-y)O3，的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其中，x＝0.6-1、y＝0-1，该方法包括下列步骤：
步骤一：根据分子式组成配方，称取硝酸铅，硝酸镧，硝酸锆和钛酸四丁酯；
步骤二：将称取的硝酸铅和硝酸镧与溶剂混合在一起得到第一溶液，硝酸锆和钛酸四丁酯与溶剂混合在一起得到第二溶液，并分别加热所得的第一、第二溶液至140℃～400℃，并保证两种溶液的温度相同；
步骤三：将加热后的第一、第二溶液混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤四：将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
同技术方案二，在进行高温混合的过程中，可以先将第一溶液预先在反应釜中加热至所需温度，再将第二溶液加热至所需温度后，再泵入反应釜中混合进行水热反应；也可以将第一、第二溶液先分别加热，再全部注入反应釜中混合，进行水热反应。
同技术方案一，步骤二中所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙二醇、甘油、乙酰丙酮等常见溶剂中的一种，或者其中两种的混合液，也可以为两种以上溶剂的混合液。
技术方案四：本技术方案涉及一种通式为0.5Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.5Pb(Zr0.3Ti0.7)O3压电陶瓷材料的制备方法，包括一下步骤：
步骤一：按压电陶瓷材料分子式的组成配方，称取硝酸铅，氧化锌，五氧化二铌，异丙醇锆和钛酸四丁酯；
步骤二：将硝酸铅溶于溶剂中，并将氧化锌和五氧化二铌纳米粉末分散于其中，放入反应釜的A腔中；将钛酸四丁酯和异丙醇锆溶于溶剂中，放入反应釜的B腔中；
步骤三：将反应釜密封，加热到140℃～400℃，倒置反应釜，混合A腔和B腔中的反应液。并在此温度下保持4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤五：冷却后，将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
同技术方案一，步骤二中所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙二醇、甘油、乙酰丙酮等常见溶剂中的一种，或者其中两种的混合液，也可以为两种以上溶剂的混合液。
本发明提供的各种技术方案中，首先根据需要制备的压电陶瓷粉体的分子式确定所需要的各种原料，再将含所需元素的原料各自分散或溶解于溶剂中分别形成反应液，也可以取两种及以上的原料同时分散或溶解于一种溶剂中，然后再将这些反应液分别预先加热到较高温度(高于溶剂沸点或达到水热反应温度)后，在高温下进行混合，然后加热到一定温度进行水热反应，高温混合温度一般在140℃～400℃之间。水热反应温度也在这个区间内，但要等于或高于高温混合的温度。水热反应时间为4小时～48小时。
本发明的方法能够制备的粉体包括：PZT、PLZT、PNN-PZT、PZN-PZT、PMN-PZT、PMS-PZN-PZT、PMN-PNN-PZT以及各种掺杂PZT压电陶瓷粉体，掺入元素包括Fe，Gd，Y，Nb，Sr等。所用的原料包括氧化物、硝酸盐以及金属醇盐。所谓金属醇盐包括甲醇盐、乙醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐。具体包括：氧化铅、硝酸铅、醋酸铅、二氧化锆、二氧化钛、氧化镧、硝酸锆、硝酸镧、醋酸镧、钛酸四丁酯、异丙醇锆、五氧化二铌、氧化锌、氧化镁等。所用的溶剂有水、有机物溶剂、也可以是水-有机物复合溶剂。而有机溶剂包括：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙二醇、甘油、乙酰丙酮中的一种或两种或者两种以上的混合物。原料可以溶解于溶解的，要配成溶液，原料不能在溶剂中溶解的，如氧化铅不溶于水，将原料分散在溶剂中即可。高温混合的方法有多种。可以将各个反应液各自加热到所需温度后，同时泵入具有相同温度的新的反应釜中，从而实现高温混合，也可以将各个反应液各自加热到所需温度后，将其它反应溶液泵入其中一种反应液中来实现高温混合。高温混合温度一般在140℃～400℃之间。水热反应温度也在这个区间内，但要等于或高于高温混合的温度。
3、有益效果：利用本发明的水热高温混合合成方法可以制备出成分均匀，颗粒尺寸均匀的各种压电陶瓷粉体。由于混合温度远高于室温，接近或者等于水热反应温度，从而避免了原料混合后升温过程中中间相的产生，直接得到所需的最终粉体，同时保证了高活性。高温混合成核效率高，避免了粉体的过分长大和团聚。此外，高温反应有利于压电陶瓷粉体的掺杂改性。高温混合实现了杂质元素的在最终产物中的均匀分布，有利于粉体性能的稳定。
四、附图说明
图1是本发明的一个实施例使用的反应釜的结构示意图。
五、具体实施方式
实施例一：本实施例的方法要制备的压电陶瓷粉体分子式为：(K0.5Na0.4Li0.1)(Nb0.6Ta0.1Sb0.3)O3，步骤如下：
步骤一：根据需要制备的压电陶瓷粉体的分子式称取五氧化二铌、五氧化二钽、五氧化二锑、氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂为原料；
步骤二：将五氧化二铌、五氧化二钽、五氧化二锑与异丙醇得到悬浮液，将氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂的水溶液混合在一起得到溶液；
步骤三：将所得的悬浮液和溶液分别加热至300℃；
步骤四：将加热后的液体在密封的反应釜中混合并保温在300℃，保温时间为24小时，得到沉淀物；
步骤五：将所得的沉淀物用去离子水冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
本实施例中，可以将反应液中一种先在反应釜中加热至所需温度，然后再将加热至所需温度的另一种反应液泵入反应釜进行高温混合水热反应。
实施例二：本实施例的方法要制备的压电陶瓷粉体分子式为：(K0.3Na0.5Li0.2)(Nb0.7Ta0.1Sb0.2)03，步骤如下：
步骤一：根据需要制备的压电陶瓷粉体的分子式称取五氧化二铌、五氧化二钽、五氧化二锑、氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂为原料；
步骤二：将五氧化二铌、五氧化二钽、五氧化二锑与异丙醇得到悬浮液，将氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂的水溶液混合在一起得到溶液；
步骤三：将所得的悬浮液和溶液分别加热至280℃；
步骤四：将加热后的液体在密封的反应釜中混合并保温在280℃，保温时间为48小时，得到沉淀物；
步骤五：将所得的沉淀物用去离子水冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
本实施例中，先将反应液分别加热至所需温度，再同时泵入反应釜中进行高温混合水热反应。
实施例三：本实施例的方法要制备的压电陶瓷粉体分子式为：为Pb(Zr0.35Ti0.65)O3。步骤如下：
步骤一：按压电陶瓷材料分子式的组成配方，称取硝酸铅，硝酸锆和钛酸四丁酯；
步骤二：如图1所示，将硝酸铅和硝酸锆溶于一定量的水中放入A腔中，将钛酸四丁酯溶于一定量乙醇溶液中放入B腔中；
步骤三：将反应釜密封，加热到200℃后，倒置反应釜，混合A腔和B腔中的反应液。并在此温度下保持24小时。
步骤四：冷却后，开釜取出所得到的粉体，再用去离子水和乙醇反复冲洗后，在80℃下干燥12小时，得到最终压电陶瓷粉体。
实施例四：本实施例所要合成的压电陶瓷粉体材料的分子式为(Pb0.88La0.12)(Zr0.35Ti0.65)0.97O3，步骤如下：
步骤一：按压电陶瓷材料分子式的组成配方，称取硝酸铅，硝酸镧，硝酸锆和钛酸四丁酯；
步骤二：如图1所示，将硝酸铅、硝酸镧和硝酸锆溶于一定量的水中放入A腔中，将钛酸四丁酯溶于一定量乙醇溶液中放入B腔中；
步骤三：将反应釜密封，加热到240℃后，倒置反应釜，混合A腔和B腔中的反应液。并在此温度下保持24小时。
步骤四：冷却后，开釜取出所得到的粉体。
步骤五：用去离子水和乙醇反复冲洗后，在80℃下干燥12小时，得到最终压电陶瓷粉体。
本实施例中，也可以使用只有一个腔的反应釜，先将硝酸铅、硝酸镧和硝酸锆的溶液注入反应釜中并加热至240℃；然后将钛酸四丁酯的溶液加热至240℃，再泵入反应釜，进行溶液的高温混合。
实施例五：本实施例所要合成的压电陶瓷粉体材料的分子式为0.5Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.5Pb(Zr0.3Ti0.7)O3，步骤如下：
步骤一：按压电陶瓷材料分子式的组成配方，称取硝酸铅，氧化锌，五氧化二铌，异丙醇锆和钛酸四丁酯；
步骤二：如图1所示，将硝酸铅、溶于一定量的水中，并将氧化锌和五氧化二铌纳米粉末分散于其中，放入A腔中，将钛酸四丁酯和异丙醇锆溶于一定量乙醇溶液中放入B腔中；
步骤三将反应釜密封，加热到300℃后，倒置反应釜，混合A腔和B腔中的反应液。并在此温度下保持24小时。
步骤四：冷却后，开釜取出所得到的粉体。
步骤五：用去离子水和乙醇反复冲洗后，在80℃下干燥12小时，得到最终压电陶瓷粉体。
实施例六：本实施例所要合成的压电陶瓷粉体材料的分子式为Pb(Mg1/3Nb2/3)0.4(Zr0.4Ti0.6)0.6O3，步骤如下：
步骤一按压电陶瓷材料分子式的组成配方，称取硝酸铅，氧化镁，五氧化二铌，异丙醇锆和钛酸四丁酯；
步骤二：如图1所示，将硝酸铅、溶于一定量的水中，并将氧化镁和五氧化二铌纳米粉末分散于其中，放入A腔中，将钛酸四丁酯和异丙醇锆溶于一定量乙醇溶液中放入B腔中；
步骤三：将反应釜密封，加热到300℃后，倒置反应釜，混合A腔和B腔中的反应液。并在此温度下保持24小时。
步骤四：冷却后，开釜取出所得到的粉体；再用去离子水和乙醇反复冲洗后，在80℃下干燥12小时，得到最终压电陶瓷粉体。
Claims (12)
1.一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，所述的压电陶瓷粉体用通式(KxNayLi1-x-y)(NbzTawSb1-z-w)O3表达，其中，x，y，z，w为各元素在材料组分中所占的原子百分比，其中，x＝0-1，y＝0-1，z＝0.6-1，w＝0-0.4，其特征在于该方法包括下列步骤：
步骤一：根据需要制备的压电陶瓷粉体的分子式称取氧化物、氢氧化物为原料；
步骤二：将所有的氧化物与溶剂混合在一起得到悬浮液，将不同氢氧化物的水溶液混合在一起得到溶液；
步骤三：将所得的悬浮液和溶液分别加热至140℃～400℃，加热后的悬浮液和溶液的温度相同；
步骤四：将加热后的悬浮液和溶液混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤五：将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
2.如权利要求1所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，步骤四中，将加热后的悬浮液和溶液同时泵入具有相同温度的反应釜腔中，混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物。
3.如权利要求1所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，将步骤二得到的悬浮液加热至140℃～400℃；再将步骤二得到的溶液在反应釜中加热至与悬浮液相同的温度；再将加热后的悬浮液泵入反应釜中，混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物。
4.如权利要求1所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙二醇、甘油、乙酰丙酮中的一种或两种或者两种以上的混合物。
5.如权利要求1所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，制备压电陶瓷粉体的氧化物原料为五氧化二铌、五氧化二钽、五氧化二锑；氢氧化物原料为氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂。
6.一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，所述的压电陶瓷粉体分子式为：Pb(ZrxTiy)O3，其中x＝0.3-0.7，y＝0.3-0.7，其特征在于，该方法包括下列步骤：
步骤一：根据分子式组成配方，称取硝酸铅，硝酸锆和钛酸四丁酯；
步骤二：将称取的硝酸铅和硝酸锆与溶剂混合在一起得到第一溶液，钛酸四丁酯与溶剂混合在一起得到第二溶液，并分别加热所得的第一、第二溶液至140℃～400℃，加热后的第一、第二溶液温度相同；
步骤三：将加热后的第一、第二溶液混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤四：将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
7.一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，所述的压电陶瓷粉体分子式为：
(PbxLa1-x)(ZryTi1-y)O3，其中，x＝0.6-1、y＝0-1，其特征在于，该方法包括下列步骤：
步骤一：根据分子式组成配方，称取硝酸铅，硝酸镧，硝酸锆和钛酸四丁酯；
步骤二：将称取的硝酸铅和硝酸镧与溶剂混合在一起得到第一溶液，硝酸锆和钛酸四丁酯与溶剂混合在一起得到第二溶液，并分别加热所得的第一、第二溶液至140℃～400℃，加热后的第一、第二溶液温度相同；
步骤三：将加热后的第一、第二溶液混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤四：将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
8.如权利要求6或7所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，步骤四中，将加热后的第一、第二溶液同时泵入具有相同温度的反应釜中，混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物。
9.如权利要求6或7所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，将步骤二得到的第一溶液加热至140℃～400℃；再将步骤二得到的第二溶液在反应釜中加热至与第一溶液相同的温度；再将加热后的第一溶液泵入反应釜中，混合并保温4小时～48小时，得到沉淀物。
10.如权利要求6或7所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙二醇、甘油、乙酰丙酮中的一种或两种或者两种以上的混合物。
11.一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，所述的压电陶瓷粉体分子式为：0.5Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.5Pb(Zr0.3Ti0.7)O3，其特征在于，该方法包括下列步骤：
步骤一：按压电陶瓷材料分子式的组成配方，称取硝酸铅，氧化锌，五氧化二铌，异丙醇锆和钛酸四丁酯；
步骤二：将硝酸铅溶于溶剂中，并将氧化锌和五氧化二铌纳米粉末分散于其中，放入反应釜的A腔中；将钛酸四丁酯和异丙醇锆溶于溶剂中，放入反应釜的B腔中；
步骤三：将反应釜密封，加热到140℃～400℃，倒置反应釜，混合A腔和B腔中的反应液，并在此温度下保持4小时～48小时，得到沉淀物；
步骤五：冷却后，将所得的沉淀物冲洗干燥后得到压电陶瓷粉体。
12.如权利要求11所述的压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法，其特征在于，步骤二中的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙酮、乙 二醇、甘油、乙酰丙酮中的一种或两种或者两种以上的混合物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910031767XA CN101607823B (zh) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | 一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910031767XA CN101607823B (zh) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | 一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101607823A CN101607823A (zh) | 2009-12-23 |
| CN101607823B true CN101607823B (zh) | 2012-02-29 |
Family
ID=41481750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910031767XA Expired - Fee Related CN101607823B (zh) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | 一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101607823B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102259909B (zh) * | 2011-05-19 | 2013-05-29 | 南京航空航天大学 | 一种用于固体推进剂的碳酸铅燃烧催化剂的制备方法 |
| CN103044033A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-04-17 | 陕西科技大学 | 水热法制备NaSbO3无铅压电陶瓷粉体的方法 |
| CN103214031A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-07-24 | 南京宇热材料科技有限公司 | 一种水热高温混合半连续化生产钛酸钡粉体的方法 |
| CN103408061B (zh) * | 2013-07-25 | 2015-08-12 | 南京航空航天大学 | 一种氧化锌纳米晶的制备方法 |
| CN104016408B (zh) * | 2014-06-10 | 2016-08-17 | 南京航空航天大学 | 一种铌酸钠纳米线的合成方法 |
| CN107720819A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-23 | 佛山市白米陶瓷有限公司 | 一种pzt压电陶瓷的制备方法 |
| CN107986782B (zh) * | 2017-11-21 | 2020-01-03 | 歌尔股份有限公司 | 掺杂改性锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法 |
| CN109020499B (zh) * | 2018-10-10 | 2021-10-22 | 贵州大学 | 一种高性能压电陶瓷的制备工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101186338A (zh) * | 2007-12-04 | 2008-05-28 | 北京科技大学 | 一种水热合成钽掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法 |
-
2009
- 2009-07-09 CN CN200910031767XA patent/CN101607823B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101186338A (zh) * | 2007-12-04 | 2008-05-28 | 北京科技大学 | 一种水热合成钽掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 胡志强.低温烧结用PZT 粉体水热合成.《中国陶瓷》.2001,第37卷(第2期),7-10. * |
| 胡志强等.水热条件对易烧结PZT粉体合成的影响.《大连轻工业学院学报》.2000,第19卷(第2期),79-83. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101607823A (zh) | 2009-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101607823B (zh) | 一种压电陶瓷粉体的水热高温混合合成方法 | |
| CN101913853B (zh) | 一种水热法制备铁酸铋-钛酸钡粉末的方法 | |
| CN100575305C (zh) | 无铅压电陶瓷铌酸锂钠钾纳米粉体的溶胶凝胶合成方法 | |
| CN101525239B (zh) | 一种微波水热法合成Bi0.5Na0.5TiO3球形颗粒的方法 | |
| CN105129861B (zh) | 一种铁酸铋BiFeO3纳米片的制备方法 | |
| CN107055597B (zh) | 一种低温下快速制备立方钛酸铋钠粉体的方法 | |
| CN106946566A (zh) | 一种片状钛酸锶钡粉体材料的制备方法 | |
| CN101723441B (zh) | 一种钛酸锶超细粉体的制备方法 | |
| CN104477978A (zh) | 一种制备钙钛矿纳米粉体的方法 | |
| CN111269009A (zh) | 一种锆锰酸铋-钪酸铋-钛酸铅系压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN107381635B (zh) | 一种Bi2Ti2O7陶瓷粉体及其制备方法 | |
| CN113024248A (zh) | 一种反铁电陶瓷及其制备方法 | |
| CN109553127A (zh) | 一种水热法制备的钛酸铋钠纳米线及其制备方法 | |
| CN100467421C (zh) | 一种钙铜钛镧氧介电陶瓷粉体的制备方法 | |
| CN103613384A (zh) | 一种钙钛矿型铌钽酸银固溶体的制备方法 | |
| CN1189422C (zh) | 一种合成纳米级钙钛矿陶瓷粉体的方法 | |
| CN102259909B (zh) | 一种用于固体推进剂的碳酸铅燃烧催化剂的制备方法 | |
| CN102557636B (zh) | 铋层高温压电陶瓷铌酸铋钠纳米粉体的溶胶-凝胶合成方法 | |
| CN109346711A (zh) | 一种稀土金属元素掺杂的碳包覆钛酸锂、制备方法和应用 | |
| CN1683278A (zh) | 常压水热合成钛酸锶陶瓷粉体的方法 | |
| CN100430336C (zh) | 铌镁酸铅-钛酸铅固溶体超细粉体的制备方法 | |
| CN103332734B (zh) | 一种制备CaBi4Ti4O15纳米粉体的方法 | |
| CN109399708A (zh) | 一种水热法制备的球状钛酸铋钠粉体及其制备方法 | |
| CN101269974A (zh) | 用于制备织构层状结构的钙钛矿系陶瓷纳米粉体合成方法 | |
| CN104496463B (zh) | 表面活性剂辅助原位共沉淀制备核壳结构纳米粉体的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120229 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |