CN105540652A - 一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，属于超细粉体材料制备的技术领域。向盛有氯化锶与氯化氧钛混合溶液的三口烧瓶中加入分散剂并搅拌均匀，再滴加氢氧化钠溶液，随后升温搅拌反应一定时间，所得沉淀物质经过滤、洗涤、干燥获得分散性良好的钛酸锶。本发明的制备方法无需经过高温煅烧，对环境污染小，工艺简单，无需特殊装备，便于工业化生产，所制备出的钛酸锶粉体粒径均匀、纯度高、粒径在60nm左右，并且分散性好。

Description

一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能性粉体材料的制备方法，属于超细粉体材料制备的技术领域。
背景技术
钛酸锶粉体材料是工业中一种重要的电子陶瓷材料，具有热敏性、超导性、半导性，良好的介电性、低电损耗，良好的温度稳定性等优点。因此被广泛用于制造热敏电阻、高压电容器、晶介层电容器和多功能传感器等电子元件。为了适应今后电子元器件更高的材料特性要求，制备粒径细小均匀、分散性好的钛酸锶粉体材料成为必然。
制备钛酸锶总体来说有四种方法：高温固相烧结法；水热法；化学共沉淀法；凝胶溶胶法。其中高温固相烧结法反应温度高，反应不完全，粉体粒度大分布宽，粒径不均匀，因此在很大程度上影响了材料性能。水热法实验设备要求高，易引入杂质，反应充分性不好，过程不易控制，但是避免了高温煅烧环节，减少了硬团聚。溶胶凝胶法原料成本高，过程变量多造成重复性不好；团聚较严重。
文献“方晓明，陈泽民.高纯超细SrTi03粉料的液相合成法[J].中国陶瓷，1997，33(1)：22-25”公开了一种制备SrTiO3粉体材料的方法，该方法采用草酸盐沉淀法制备出颗粒形态为球形，粒度分布较均匀，有少量烧结现象存在，粒径在0.04～0.08微米之间的钛酸锶粉体。此方法需要进行高温煅烧工艺，在一定程度上增加了生产成本。文献“朱启安，石荣恺，黄伯清，谭仪文.钛酸锶粉体合成新方法研究[J].无机盐工业，2002，34(1)：5-7”采用四氯化钛和氯化锶为原料、碳酸铵和氨水作沉淀剂化学共沉淀法制备出纯度高、大小分布均匀，粒径小(平均粒径＜500nm)的钛酸锶粉体，但是这种方法需要在880℃的高温下煅烧，用到的碳酸铵和氨水，在煅烧过程中会产生含氮的有毒气体，在现实的工业化生产中不仅会增加废气回收成本，而且高温煅烧易造成硬团聚现象。
发明内容
本发明的目的在于提出一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，本方法避免了经过高温煅烧过程产生的硬团聚和有害气体的产生，工艺简单，生产成本低，便于工业化生产，并且能制备出粒径细小均匀、分散性好的钛酸锶粉体材料。
本发明的目的是通过如下步骤实现的：
向盛有氯化锶与氯化氧钛混合溶液的三口烧瓶中加入分散剂并搅拌均匀，再滴加氢氧化钠溶液，随后升温搅拌反应一定时间，所得沉淀物质经过滤、洗涤、干燥获得分散性良好的钛酸锶。
进一步的，氯化锶与氯化氧钛混合溶液中锶钛摩尔比为1.1∶1。
进一步的，分散剂为PEG2000或PEG4000(其中PEG的加入量为SrTiO3理论产量的0.5％)。
进一步的，三口烧瓶置于恒温水浴锅中，加料时一口接蛇形回流冷凝管，另一口装有恒压滴液漏斗，升温反应时将滴液漏斗更换为温度计套管及温度计。
进一步的，氢氧化钠溶液滴加完毕升温至60～100℃，最佳为80℃。
进一步的，反应结束后，悬浊液的pH＝13。
进一步的，过滤、洗涤后的产物置于烘箱中70～100℃干燥8h，最佳温度80℃。
本发明的有益效果是：避免了经过高温煅烧过程和有害气体产生，工艺简单易操作、成本低便于工业化生产，制备出的钛酸锶粒径细小均匀、分散性好。
附图说明
图1是实施例1制备的钛酸锶粉体在50℃和75℃下的XRD图。
图2为实施例1反应温度为75℃时制备的钛酸锶粉体的SEM图。
图3是实施例2制备的钛酸锶粉体的SEM图。
图4为实施例3制得的产物的红外光谱图。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，应理解下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明的内容。
实施例1
用量筒分别量取配制好的1.2mol/L的SrCl2溶液(19.8mL)和1.2mol/L的TiCl4溶液(18mL)，即锶离子和钛离子的摩尔比1.1∶1搅拌混合均匀，然后向体系加入PEG4000作为分散剂(其中PEG4000的加入量为SrTiO3理论产量的0.5％)充分搅拌；向上述混合溶液中加入6mol/L的NaOH溶液22mL，保证反应结束后悬浊液的pH＝13；将混合好的料液加入到放置在恒温水浴锅中的三口烧瓶中，三口烧瓶两边的侧口，一口配温度计套管及温度计，另一口装有蛇形回流冷凝管，以电动搅拌机作为搅拌装置，调节电动搅拌机转速为250r/min，升温至50℃的时候开始计时，4h后时关闭恒温水浴锅和电动搅拌机，静置0.5h，静置后进行产物后处理(三次热洗，三次抽滤)。具体为：倾泌法泌去上层清液(不沉降或难沉降除外)，用去离子水将沉淀物转移至布氏漏斗中抽滤，滤饼转至500mL烧杯中，加水250mL，尽量分散之，加热搅拌，80～90℃维持1h；停止加热与搅拌，静置0.5h；抽滤；将滤饼转至500mL烧杯中，加水250mL，尽量分散之，加热搅拌，80～90℃维持1h；停止加热与搅拌，静置0.5h；抽滤；再次将滤饼转至500mL烧杯中，加水250mL，尽量分散之，加热搅拌，80～90℃维持1h；停止加热与搅拌，静置0.5h；抽滤并压榨干，取下滤饼，将其置于蒸发皿中80℃烘干。取出冷却，研磨粉碎后得到钛酸锶粉体。重复以上步骤，但是将反应温度调至75℃反应，得到另一份钛酸锶粉体。
分别将50℃和75℃反应条件下获得的钛酸锶粉体，用BrukerD8advance型X-射线衍射仪进行其物相分析，得到的XRD图谱如图1所示。
从图1中可以看出所得到的XRD图谱与相应SrTiO3的标准JCPDS卡片(5.0634)比对，其衍射峰完全吻合，且无杂峰，说明当反应温度为50℃和75℃时所得到的产物均为纯相的钛酸锶，当反应温度达到50℃时就已经生成了钛酸锶；随着反应温度的升高，衍射峰的强度增强，衍射峰的半峰宽变窄，峰形变得尖锐，说明粉体的粒径随反应温度的升高而有所增大。
图2为本实施例在反应温度为75℃时产物的SEM，从图中可以看出，采用低温直接沉淀法制备钛酸锶粉体时加入PEG4000作为分散剂时，所制得的粉体分散性较好，形状呈规则的球形，分布和大小都很均匀，形貌为立方相，粉体粒径较小，绝大部分在60nm左右，与XRD的计算结果接近，粉体粒径达到了纳米级。
实施例2
按照实施例1中的方法进行，反应温度为75℃，区别在于分散剂采用PEG2000(其中PEG2000的加入量为SrTiO3理论产量的0.5％)。
图3为实施例2所得产物的SEM从图中可以看出，采用低温直接沉淀法制备钛酸锶粉体时加入PEG2000作为分散剂可改善粉体的团聚问题，但是效果不如PEG4000，形状呈规则的球形，分布和大小均匀，形貌为立方相，粉体粒径较小，绝大部分在60nm左右，与XRD的计算结果相近，粒径达到了纳米级。
实施例3
原料氯化锶溶液由SrCO3(AR)和盐酸溶液反应制取。准确称取3.51gSrCO3，将称量好的SrCO3放入烧杯；之后将稀盐酸溶液缓慢加入烧杯，至不再产生气泡为止；用量筒量取配制好的1.2mol/L的TiCl4溶液(18mL)，即锶离子和钛离子的摩尔比为1.1∶1搅拌混合均匀，充分搅拌；向上述混合溶液中加入6mol/L的NaOH溶液22mL，保证反应结束后悬浊液的pH＝13；将混合料液加入到放置在恒温水浴锅中的三口烧瓶中，以电动搅拌机作为搅拌装置，调节电动搅拌机转速为250r/min，升温至75℃的时候开始计时，4h后时关闭恒温水浴锅和电动搅拌机，静置0.5h，静置后进行产物后处理(三次热洗，三次抽滤)。具体为：倾泌法泌去上层清液(不沉降或难沉降除外)，用去离子水将沉淀物转移至布氏漏斗中抽滤，滤饼转至500mL烧杯中，加水250mL，尽量分散之，加热搅拌，80～90℃维持1h；停止加热与搅拌，静置0.5h；抽滤；将滤饼转至500mL烧杯中，加水250mL，尽量分散之，加热搅拌，80～90℃维持1h；停止加热与搅拌，静置0.5h；抽滤；再次将滤饼转至500mL烧杯中，加水250mL，尽量分散之，加热搅拌，80～90℃维持1h；停止加热与搅拌，静置0.5h；抽滤并压榨干，取下滤饼，将其置于蒸发皿中80℃烘干。取出冷却，研磨粉碎后得到钛酸锶粉体。将得到的钛酸锶粉体用型号为FALA2000104的红外-可见光分光光度计进行表征。
图4为实施例3制得的产物的红外光谱图，与SrTiO3的标准谱图谱对照可知，560cm-1为SrTiO3的特征吸收峰(Ti-O伸缩振动峰)，1440cm-1处出现的峰为副产物SrCO3的吸收峰，但是峰较弱，3446cm-1和1629cm-1处为钛酸锶粉体表面吸附水羟基的振动吸收峰，与标准图谱对比杂峰较少，表明所制备出的产物为SrTiO3，并且纯度较高。
采用本发明的方法制备钛酸锶粉体材料的优点在于：所制得的钛酸锶不仅粒径小(60nm左右)而且分散性好；工艺和装置简单，无需特殊的设备；反应温度低，无需进行高温煅烧，不会产生有害气体；采用的生产原料价格低廉易得；生产周期短；综上所述，本发明的制备方法适合工业化生产。

Claims (7)

1.一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，其特征在于向盛有氯化锶与氯化氧钛混合溶液的三口烧瓶中加入分散剂并搅拌均匀，再滴加氢氧化钠溶液，随后升温搅拌反应一定时间，所得沉淀物质经过滤、洗涤、干燥获得分散性良好的钛酸锶。
2.根据权利要求1所述的一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，其特征是氯化锶与氯化氧钛混合溶液中锶钛摩尔比为1.1∶1。
3.根据权利要求1所述的一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，其特征是分散剂为PEG2000或PEG4000(其中PEG的加入量为SrTiO3理论产量的0.5％)。
4.根据权利要求1所述的一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，其特征是三口烧瓶置于恒温水浴锅中，加料时一口接蛇形回流冷凝管，另一口装有恒压滴液漏斗，升温反应时将滴液漏斗更换为温度计套管及温度计。
5.根据权利要求1所述的一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，其特征是氢氧化钠溶液滴加完毕升温至60～100℃，最佳为80℃。
6.根据权利要求1所述的一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，其特征是反应结束后，悬浊液的pH＝13。
7.根据权利要求1所述的一种亚微米级钛酸锶的低温直接沉淀制备方法，其特征是过滤、洗涤后的产物置于烘箱中70～100℃干燥8h，最佳温度80℃。
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