CN101935216B - 一种水热法制备锂铌钛微波介质陶瓷粉体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料学科的微波介质陶瓷领域，具体涉及一种水热法制备锂铌钛微波介质陶瓷粉体的方法，其技术方案是将钛酸丁酯、碳酸锂、氧化铌加入高压釜中，然后加入去离子水搅拌，添加氨水调节pH值，添加分散剂后搅拌均匀，随后按照一定的升温速度到达反应温度，调节高压釜中的压力，反应结束后取出粉体，所得粉体反复冲洗过滤后烘干，在一定温度下煅烧，得到本发明的陶瓷粉体。本发明合成粉体粒度均匀，工艺简单稳定，而且避免了传统方法中易混入杂质等缺点，具有广泛的应用前景。

Description

一种水热法制备锂铌钛微波介质陶瓷粉体的方法
技术领域
本发明涉及锂铌钛微波介质陶瓷粉体的制备方法，具体涉及一种水热法制备锂铌钛微波介质陶瓷粉体的方法，属于材料科学技术领域。
背景技术
微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，是近30年来发展起来的一种新型功能陶瓷材料，是介质材料的一个新领域。它适用于制作各种微波器件，如电子对抗、导航、通讯、雷达、家用卫星直播电视接收机和移动电话等设备中的稳频振荡器、滤波器等，与金属相比，它具有高介电常数、低微波损耗、温度系数小等优良性能，能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。随着移动通信的发展，微波介质陶瓷的研究必将日益受到人们的重视。
锂铌钛体系在某组分范围内能形成固溶体Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3(M相)。M相具有较低的烧结温度(1100℃)和良好的微波介电特性：介电常数εr＝55～78，品质因数Q×f可达9000GHz，频率温度系数τf可调，近年来引起人们的广泛关注，被认为是一种具有巨大应用价值的新型微波介质陶瓷材料(参考文献：Borisevich A Y，Davies P K，“Microwave dielectricproperties of Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3(M＝Nb5+，Ta5+)solid solutions”，Journal of the EuropeanCeramic Society，2001，21：1719-1722.)。在锂铌钛微波介质陶瓷粉体的制备上，目前主要采用的是固相合成法。例如，Zeng Qun在《Journal of the American Ceramic Society》2006年第5期第1733-1735页，Yo Yamamoto在《Journal of Crystal Growth》2004年第2期第445-451页，以及张启龙在《硅酸盐学报》2005年第7期第793-798页上分别采用固相TiO2、Li2CO3和Nb2O5粉体为原料，通过混合球磨，然后煅烧合成锂铌钛陶瓷粉体。相对于湿化学合成法来讲，传统固相合成法制备的粉体颗粒粗大、纯度不高、烧结活性低，而且易导致Ti还原，劣化性能等缺点。
水热法是指在水热反应高压釜中采用水溶液作为反应体系，通过对体系加热、加压、或自生蒸气压创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶而进行无机合成的方法。水热法是制备超细粉体的重要化学方法，显示出超越传统固相法的许多优点，包括合成周期短、成分控制准确以及由于液相前驱体混合带来的分子水平上的良好均匀性等，有利于提高材料的介电性能。
发明内容
本发明的目的在于克服固相合成法的缺点，提供一种水热法制备锂铌钛微波介质陶瓷粉体的方法，该方法工艺简单、生产成本低，可获得纯度高、粒径分布均匀、比表面积大的锂铌钛微波介质陶瓷粉体。
水热法制备锂铌钛微波介质陶瓷粉体的方法，包括以下步骤：
(1)将原料钛酸丁酯、碳酸锂、氧化铌按照化学计量比Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3配料，其中0.05≤x≤0.15，0.075≤y≤0.1；
(2)将步骤(1)所配料加入水热反应高压釜中，然后加入去离子水搅拌，同时添加氨水调节pH值；
(3)在上述反应物中加入分散剂，并搅拌均匀，然后将反应高压釜密封；
(4)以1～5℃/min的速度升温到水热温度100～150℃，调节反应高压釜压力在10～30MPa，反应时间6～12h；
(5)反应结束后，待高压釜内温度降至室温，取出反应粉体，用去离子水反复冲洗过滤，将过滤后的粉体烘干得到白色粉体；
(6)将上述白色粉体研磨、过筛，放入高铝坩埚中，在700～1000℃煅烧，得到锂铌钛微波介质陶瓷粉体。
所述的制备方法，其特征在于，所述的pH值在9～11间。
所述的制备方法，其特征在于，所述的分散剂为聚丙烯酸铵盐、聚丙烯酸钠盐、聚羧酸铵盐、聚羧酸钠盐中的一种或几种。
采用上述工艺，可以得到分散良好的超细锂铌钛微波介质陶瓷粉体，与传统固相合成法相比，颗粒的粒径分布有显著改善。本发明的制备方法具有以下特点：
(1)通过水热过程所制备的锂铌钛粉末具有粒径可调(200～600nm)、粒径分布较窄、分散性良好等优点。与传统固相法相比，避免了第二相和杂质的引入，在分子水平上确保材料和陶瓷的均质性；
(2)本方法工艺路线简单，不使用有机溶剂或有机反应物，反应时间短、制备成本低、工艺稳定、重现性好，有利于进一步促进锂铌钛材料的发展。
附图说明
图1为实施例2所得粉体的X射线衍射图谱。
具体实施方式
实施例1
称量1mol钛酸丁酯，1mol碳酸锂，0.6mol氧化铌，加入到水热反应高压釜中，量取100ml去离子水，用玻璃棒轻轻搅拌，同时添加氨水调节pH值到10，称取20g聚丙烯酸铵盐加入到高压釜中，搅拌均匀后密封高压釜。
以1℃/min的速度升温到水热温度100℃，调节反应高压釜压力到10MPa，反应时间6h后关闭高压釜电源，待高压釜内温度降至室温后取出反应粉体，用去离子水反复冲洗过滤，将过滤后的粉体烘干得到白色粉体。
将上述混合粉体研磨、过筛，放入高铝坩埚中，在700℃煅烧，得到白色粉末，即为本发明的锂铌钛微波介质陶瓷粉体。
上述粉体经SEM与激光粒度分析，粉体平均粒径在200～300nm之间，粒子的分散性好。
实施例2
称量1mol钛酸丁酯，1.2mol碳酸锂，0.7mol氧化铌，加入到水热反应高压釜中，量取120ml去离子水，用玻璃棒轻轻搅拌，同时添加氨水调节pH值到10，称取22g聚丙烯酸铵盐加入到高压釜中，搅拌均匀后密封高压釜。
以2℃/min的速度升温到水热温度120℃，调节反应高压釜压力到20MPa，反应时间8h后关闭高压釜电源，待高压釜内温度降至室温后取出反应粉体，用去离子水反复冲洗过滤，将过滤后的粉体烘干得到白色粉体。
将上述混合粉体研磨、过筛，放入高铝坩埚中，在800℃煅烧，得到白色粉末，即为本发明的锂铌钛微波介质陶瓷粉体。
上述粉体经SEM与激光粒度分析，粉体平均粒径在300～400nm之间，粒子的分散性好；X射线衍射分析表明粉体的主晶相为Li10.75Nb0.625Ti0.45O3。
实施例3
称量1mol钛酸丁酯，0.95mol碳酸锂，0.5mol氧化铌，加入到水热反应高压釜中，量取115ml去离子水，用玻璃棒轻轻搅拌，同时添加氨水调节pH值到10，称取22.5g聚羧酸铵盐加入到高压釜中，搅拌均匀后密封高压釜。
以4℃/min的速度升温到水热温度130℃，调节反应高压釜压力到20MPa，反应时间10h后关闭高压釜电源，待高压釜内温度降至室温后取出反应粉体，用去离子水反复冲洗过滤，将过滤后的粉体烘干得到白色粉体。
将上述混合粉体研磨、过筛，放入高铝坩埚中，在800℃煅烧，得到白色粉末，即为本发明的锂铌钛微波介质陶瓷粉体。
上述粉体经SEM与激光粒度分析，粉体平均粒径在300～400nm之间，粒子的分散性好；X射线衍射分析表明粉体的主晶相为Li1.05Nb0.55Ti0.55O3。
实施例4
称量1mol钛酸丁酯，1.2mol碳酸锂，0.8mol氧化铌，加入到水热反应高压釜中，量取110ml去离子水，用玻璃棒轻轻搅拌，同时添加氨水调节pH值到11，称取21.5g聚羧酸铵盐加入到高压釜中，搅拌均匀后密封高压釜。
以5℃/min的速度升温到水热温度150℃，调节反应高压釜压力到30MPa，反应时间10h后关闭高压釜电源，待高压釜内温度降至室温后取出反应粉体，用去离子水反复冲洗过滤，将过滤后的粉体烘干得到白色粉体。
将上述混合粉体研磨、过筛，放入高铝坩埚中，在900℃煅烧，得到白色粉末，即为本发明的锂铌钛微波介质陶瓷粉体。
上述粉体经SEM与激光粒度分析，粉体平均粒径在400～600nm之间，粒子的分散性好；X射线衍射分析表明粉体的主晶相为Li1.02Nb0.66Ti0.42O3。

Claims (2)

1.一种水热法制备锂铌钛微波介质陶瓷粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料钛酸丁酯、碳酸锂、氧化铌按照化学计量比Li1+X-YNb1-X-3YTiX+4YO3配料，其中0.05＜x＜0.15，0.075＜y＜0.1；
(2)将步骤(1)所配料加入水热反应高压釜中，然后加入去离子水搅拌，同时添加氨水调节pH值为9～11；
(3)在上述反应物中加入分散剂，并搅拌均匀，然后将反应高压釜密封；
(4)以1～5℃／min的速度升温到水热温度100～150℃，调节反应高压釜压力在10～30MPa，反应时间6～12h；
(5)达到反应时间后取出高压釜中的粉体，用去离子水反复冲洗过滤，将过滤后的粉体烘干得到白色粉体；
(6)将上述白色粉体放入高铝坩埚中，在700～1000℃煅烧，得到锂铌钛微波介质陶瓷粉体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的分散剂为聚丙烯酸铵盐、聚丙烯酸钠盐、聚羧酸铵盐、聚羧酸钠盐中的一种或几种。
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