CN102616852A - 一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种制备大长径比的针状铌酸锶钾微晶粉体的方法，首先通过一步熔盐法制备KSr2Nb5O15前驱物，之后以前驱物为成核点继续在熔盐介质中生长得到大长径比的针状KSr2Nb5O15粉体。制得的KSr2Nb5O15粉体无其他杂质，为四方钨青铜结构的单相微晶粉体，具有形貌各向异性的针状外形，长径比大于50，尺寸分布均匀，其直径为0.7微米、长度为40-60微米，微晶粉体互不粘连、颗粒均匀、分散性好。本发明方法较为简单，步骤简便，并且对于形貌各向异性不强的粉体能够循环利用，所得产物符合纯的形貌各向异性模板要求，工艺过程易于控制，产品的重现性和稳定性好，本发明可以作为大量生产形貌各向异性模板的方法。

Description

一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及材料科学中的微晶粉体制备技术领域，具体是一种具有高的形貌各向异性针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法。
背景技术
铌酸锶钾(KSr2Nb5O15)属于四方钨青铜结构，具有自发极化强度较大、居里温度较高、介电常数较低等特点，其微观结构对它的铁电性能有重要影响。若将形貌各向异性高的针状铌酸锶钾微晶粉体加入陶瓷中，则可以诱导陶瓷晶粒的择优取向生长形成织构陶瓷，其饱和极化强度与铌酸锶钾单晶相当，Psat＝0.25C/m2(C.Duran.Processing and ferroelectric behavior of textured KSr2Nb5O15 ceramics[J].Journal ofMaterials Science，2006，41：7620-7627)。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。
目前制备铌酸锶钾的方法主要有固相烧结法，但所得粉体形貌大多为微米或纳米量级的等轴状。主要是由于在固体介质中离子扩散系数小，晶粒的生长速度慢以致成核数目多，导致制备的微晶粉体中针状铌酸锶钾微晶长径比小于50。在公开号为CN1686939的发明专利中，赵丽丽等研究了铌酸锶钾微晶的制备方法，通过添加过量的五氧化二铌，采用一步熔盐法制备纯的铌酸锶钾，最后多余的五氧化二铌被除去，导致原料的浪费，并且长径比大于50的粉体含量较少。因此寻找一种节约原料且粉体形貌各向异性强的制备技术是发展铌酸锶钾微晶粉体制备技术的关键。
发明内容
为克服现有技术中存在的浪费原料、制备的微晶粉体中针状铌酸锶钾微晶长径比小于50的不足，本发明提出了一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法。
本发明的具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾前驱物的原料混合物。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40℃～60℃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，得到铌酸锶钾前驱物的原料混合物。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1.5∶1。
步骤2：制备铌酸锶钾前驱物。将得到的铌酸锶钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧4h～6h。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60～80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾前驱物。
步骤3：制备针状铌酸锶钾的原料混合物。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。称量得到的铌酸锶钾前驱物，所述铌酸锶钾前驱物的质量与称量好的SrCO3、Nb2O5和KCl的质量之和的比例为0.05～0.2∶1。将称量好的Nb2O5、SrCO3和KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h。加入称量好的铌酸锶钾前驱物，继续球磨3h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在40℃～60℃下烘干15h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到制备针状铌酸锶钾微晶的原料混合物。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。所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Nb2O5、SrCO3和KCl组成的粉料的质量比为1.5∶1。
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的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧4h～6h。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60℃～80℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比大于50的针状铌酸锶钾微晶粉体。
本发明中SrCO3和Nb2O5严格按照化学计量比进行配料，避免了原料的浪费，在上述步骤中制得的铌酸锶钾前驱物如图2所示，其形貌各向异性较弱，尺寸分布较宽，长约1-10微米，直径约0.5-1微米；制备出的铌酸锶钾微晶粉体如图3所示，长约25-60微米，直径约0.5-1微米、长径比大于50，微晶粉体颗粒均匀、分散性好；X射线粉末衍射检测为四方钨青铜结构的单相微晶粉体，如图4所示。
本发明提出的一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法是采用二步熔盐法制备铌酸锶钾微晶粉体。先采用熔盐法制备出形貌各向异性较弱的铌酸锶钾前驱物，之后前驱体粉体在熔盐介质中快速生长得到最终产物——针状铌酸锶钾微晶粉料。本发明步骤简便，所得产物纯度高并且对于形貌各向异性弱的铌酸锶钾粉体可循环利用，符合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，能够大量生产具有高的形貌各向异性模板粉体。
附图说明
图1是制备针状铌酸锶钾粉体流程图。
图2是铌酸锶钾前驱物的SEM图像。
图3是针状铌酸锶钾粉体的SEM图像。
图4是针状铌酸锶钾粉体的XRD图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是一种大长径比的针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法，其局体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾前驱物的原料混合物。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，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。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；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1.5∶1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在50℃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，得到铌酸锶钾前驱物的原料混合物。
步骤2：制备铌酸锶钾前驱物。将得到的铌酸锶钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧6h。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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在65℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾前驱物，如图2所示。
步骤3：制备针状铌酸锶钾的原料混合物。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，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。称量得到的铌酸锶钾前驱物，所述铌酸锶钾前驱物的质量与称量好的SrCO3、Nb2O5和KCl的质量之和的比例为0.05∶1。将称量好的Nb2O5、SrCO3和KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Nb2O5、SrCO3和KCl组成的粉料的质量比为1.5∶1。加入称量好的铌酸锶钾前驱物，继续球磨3h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在50℃下烘干15h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到制备针状铌酸锶钾微晶的原料混合物。
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的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧6h。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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在65℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比大于50的针状铌酸锶钾微晶粉体。
实施例二：
步骤1：制备铌酸锶钾前驱物的原料混合物。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，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。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；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1.5∶1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在40℃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，得到铌酸锶钾前驱物的原料混合物。
步骤2：制备铌酸锶钾前驱物。将得到的铌酸锶钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾前驱物，如图2所示。
步骤3：制备针状铌酸锶钾的原料混合物。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，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。称量得到的铌酸锶钾前驱物，所述铌酸锶钾前驱物的质量与称量好的SrCO3、Nb2O5和KCl的质量之和的比例为0.1∶1。将称量好的Nb2O5、SrCO3和KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Nb2O5、SrCO3和KCl组成的粉料的质量比为1.5∶1。加入称量好的铌酸锶钾前驱物，继续球磨3h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在40℃下烘干20h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到制备针状铌酸锶钾微晶的原料混合物。
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的原料混合物置于刚玉坩埚中在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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比大于50的针状铌酸锶钾微晶粉体。
实施例三：
步骤1：制备铌酸锶钾前驱物的原料混合物。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，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。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；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1.5∶1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在60℃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，得到铌酸锶钾前驱物的原料混合物。
步骤2：制备铌酸锶钾前驱物。将得到的铌酸锶钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧5h。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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在70℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾前驱物，如图2所示。
步骤3：制备针状铌酸锶钾的原料混合物。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，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。称量得到的铌酸锶钾前驱物，所述铌酸锶钾前驱物的质量与称量好的SrCO3、Nb2O5和KCl的质量之和的比例为0.15∶1。将称量好的Nb2O5、SrCO3和KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Nb2O5、SrCO3和KCl组成的粉料的质量比为1.5∶1。加入称量好的铌酸锶钾前驱物，继续球磨3h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在60℃下烘干12h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到制备针状铌酸锶钾微晶的原料混合物。
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的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧5h。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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在70℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比大于50的针状铌酸锶钾微晶粉体。
实施例四：
步骤1：制备铌酸锶钾前驱物的原料混合物。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，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。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；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1.5∶1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在55℃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，得到铌酸锶钾前驱物的原料混合物。
步骤2：制备铌酸锶钾前驱物。将得到的铌酸锶钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧6h。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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾前驱物，如图2所示。
步骤3：制备针状铌酸锶钾的原料混合物。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，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。称量得到的铌酸锶钾前驱物，所述铌酸锶钾前驱物的质量与称量好的SrCO3、Nb2O5和KCl的质量之和的比例为0.2∶1。将称量好的Nb2O5、SrCO3和KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Nb2O5、SrCO3和KCl组成的粉料的质量比为1.5∶1。加入称量好的铌酸锶钾前驱物，继续球磨3h。将球磨后的湿料置于烘箱内，在55℃下烘干18h，得到干燥粉料。将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到制备针状铌酸锶钾微晶的原料混合物。
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的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧6h。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-。所述Cl-检测通过常规方法，采用AgNO3试剂检测。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比大于50的针状铌酸锶钾微晶粉体。

Claims (1)

1.一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾前驱物的原料混合物；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40℃～60℃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，得到铌酸锶钾前驱物的原料混合物；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1.5∶1；
步骤2：制备铌酸锶钾前驱物；将得到的铌酸锶钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧4h～6h；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60～80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸锶钾前驱物；
步骤3：制备针状铌酸锶钾的原料混合物；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；称量得到的铌酸锶钾前驱物，所述铌酸锶钾前驱物的质量与称量好的SrCO3、Nb2O5和KCl的质量之和的比例为0.05～0.2∶1；将称量好的Nb2O5、SrCO3和KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；加入称量好的铌酸锶钾前驱物，继续球磨3h；将球磨后的湿料置于烘箱内，在40℃～60℃下烘干15h，得到干燥粉料；将干燥粉料通过玛瑙研钵研磨至粉末状，得到制备针状铌酸锶钾微晶的原料混合物；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；所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Nb2O5、SrCO3和KCl组成的粉料的质量比为1.5∶1；
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的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧4h～6h；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60℃～80℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比大于50的针状铌酸锶钾微晶粉体。
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