CN107266073A - 一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功能陶瓷中粉体制备技术领域，具体是一种具有高的形貌各向异性针状铌酸钾钠粉体的制备方法。一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，包括制备铌酸钾前驱物的原料混合物的步骤，制备铌酸钾前驱物的步骤，制备铌酸钾钠的原料混合物的步骤，制备铌酸钾钠针状粉体的步骤，本发明中铌酸钾钠颗粒保持了前驱体的针状形貌，制得的铌酸钾钠微晶粉体长约10～30微米，直径约0.5～2微米、长径比大于15，微晶粉体颗粒均匀、分散性好。

Description

一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及功能陶瓷中粉体制备技术领域，具体是一种具有高的形貌各向异性针状铌酸钾钠粉体的制备方法。
背景技术
迄今为止，主要的无铅压电陶瓷体系有钛酸钡基（BT）、钛酸铋钠基（BNT）、铌酸钾钠基（KNN）和锆钛酸钡钙基（BCZT），其中铌酸钾钠陶瓷体系是当前研究热点之一。普通烧结工艺制备的铌酸钾钠陶瓷的压电常数较小，然而，如果采用模板籽晶生长法使得晶粒定向排布，制备出铌酸钾钠织构陶瓷，其压电常数高达416 pC/N，几乎可与含铅的锆钛酸铅（PZT）媲美（Y. Saitoet al., Lead-free piezoceramics[J].Nature432 (2004) 84–87）。在此过程中，尺寸合适的形貌各向异性铌酸钾钠粉体颗粒是相关组分织构陶瓷制备中的关键材料。
目前有关铌酸钾钠粉体颗粒的形貌主要为片状和纳米线，这都不适合织构陶瓷的发展。片状颗粒相比基体粉料尺寸较大，在烧结过程中极其容易发生晶粒异常生长，导致铌酸钾钠织构陶瓷的致密度较差。而纳米线由于尺寸较小，在流延成型过程中，很难完成定向排布，并且在烧结过程不能发挥模板的作用。由此可见，制备铌酸钾钠织构陶瓷的理想模板为具有微米尺寸的针状铌酸钾钠颗粒。因此寻找一种长径比较大且微米级针状粉体的制备技术是发展铌酸钾钠材料制备技术的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种长径比较大且微米级针状粉体的铌酸钾钠粉体制作方法。
本发明所采用的技术方案是：一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，按照如下的步骤进行
步骤一、制备铌酸钾前驱物的原料混合物，将SrCO3、Nb2O5和KCl粉末放入球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h形成湿料，将湿料在60℃下烘干10h，得到干燥粉料，将干燥粉料研磨至粉末状，得到铌酸钾前驱物的原料混合物；
步骤二、制备铌酸钾前驱物，将得到的铌酸钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧2h～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-，然后在80℃下烘干，得到铌酸钾前驱物，该铌酸钾前驱物的通式为KSrxNb5O15，x的取值为0.125～0.5。
步骤三、制备铌酸钾钠的原料混合物，将Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机中球磨12h，加入铌酸钾前驱物，继续球磨4h，然后经混合料置于烘箱内，在60℃下烘干10h，得到干燥粉料，将干燥粉料研磨至粉末状，得到制备铌酸钾钠的原料混合物。
步骤4：制备铌酸钾钠针状粉体，将得到的铌酸钾钠的原料混合物置于刚玉坩埚中在700℃～900℃煅烧1min～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-，然后在80℃下烘干，得到铌酸钾钠针状粉体，该材料的通式为K0.5Na0.5SryNbO3，y的取值为0.025～0.1。
作为一种优选方式：步骤一中，SrCO3摩尔量为Nb2O5摩尔量的5%～20%，KCl的质量为SrCO3和Nb2O5质量之和的1.5倍，无水乙醇的质量为SrCO3、Nb2O5和KCl粉末之和的1.5倍
作为一种优选方式：步骤三中，Na2CO3的摩尔量与铌酸钾前驱物的摩尔量的比例为1.25:1，K2CO3的摩尔量与铌酸钾前驱物的摩尔量的比例为0.75:1，NaCl和KCl的质量之和与称量好的Na2CO3、K2CO3和铌酸钾前驱物的质量之和的比例为0.5～2:1，无水乙醇的加入量为Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和铌酸钾前驱物的质量的1.5倍。
本发明的有益效果是：本发明中铌酸钾钠颗粒保持了前驱体的针状形貌，制得的铌酸钾钠微晶粉体长约10～30微米，直径约0.5～2微米、长径比大于15，微晶粉体颗粒均匀、分散性好；XRD分析结果显示，得到的颗粒为钙钛矿相。本发明步骤简便，所得产物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是本发明铌酸钾前驱物的SEM图像。
图2是微米级铌酸钾钠针状粉体铌酸钾钠的SEM图像。
图3是微米级铌酸钾钠针状粉体铌酸钾钠的XRD图谱。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，其具体过程是：
步骤一：制备铌酸钾前驱物的原料混合物。称量分析纯的SrCO3、Nb2O5和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，得到铌酸钾前驱物的原料混合物。所述SrCO3摩尔量为Nb2O5摩尔量的5%。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。
步骤二：制备铌酸钾前驱物。将得到的铌酸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-。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸钾前驱物，该材料的通式为KSrxNb5O15，x的取值为0.125。
步骤三：制备铌酸钾钠的原料混合物。称量分析纯的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和得到的KSrxNb5O15粉末。将称量好的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl粉末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KSrxNb5O15，继续球磨4h。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，得到制备铌酸钾钠针状粉体的原料混合物。所述Na2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为1.25:1。所述K2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为0.75:1。所述NaCl和KCl的质量之和与称量好的Na2CO3、K2CO3和KSrxNb5O15的质量之和的比例为2:1。所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和KSrxNb5O15组成的粉料的质量比为1.5:1。
步骤四：制备铌酸钾钠针状粉体。将得到的铌酸钾钠的原料混合物置于刚玉坩埚中在900℃煅烧1min。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80℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比较大的铌酸钾钠针状粉体，该材料的通式为K0.5Na0.5SryNbO3，y的取值为0.025。
实施例二：
本实施例是一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，其具体过程是：
步骤一：制备铌酸钾前驱物的原料混合物。称量分析纯的SrCO3、Nb2O5和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，得到铌酸钾前驱物的原料混合物。所述SrCO3摩尔量为Nb2O5摩尔量的10%。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。
步骤二：制备铌酸钾前驱物。将得到的铌酸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-。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸钾前驱物，该材料的通式为KSrxNb5O15，x的取值为0.125。
步骤三：制备铌酸钾钠的原料混合物。称量分析纯的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和得到的KSrxNb5O15粉末。将称量好的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl粉末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KSrxNb5O15，继续球磨4h。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，得到制备铌酸钾钠针状粉体的原料混合物。所述Na2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为1.25:1。所述K2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为0.75:1。所述NaCl和KCl的质量之和与称量好的Na2CO3、K2CO3和KSrxNb5O15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Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和KSrxNb5O15组成的粉料的质量比为1.5:1。
步骤四：制备铌酸钾钠针状粉体。将得到的铌酸钾钠的原料混合物置于刚玉坩埚中在800℃煅烧2h。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80℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比较大的铌酸钾钠针状粉体，该材料的通式为K0.5Na0.5SryNbO3，y的取值为0.025。
实施例三：
本实施例是一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，其具体过程是：
步骤一：制备铌酸钾前驱物的原料混合物。称量分析纯的SrCO3、Nb2O5和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，得到铌酸钾前驱物的原料混合物。所述SrCO3摩尔量为Nb2O5摩尔量的15%。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。
步骤二：制备铌酸钾前驱物。将得到的铌酸钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧2h。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80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸钾前驱物，该材料的通式为KSrxNb5O15，x的取值为0.125。
步骤三：制备铌酸钾钠的原料混合物。称量分析纯的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和得到的KSrxNb5O15粉末。将称量好的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl粉末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KSrxNb5O15，继续球磨4h。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，得到制备铌酸钾钠针状粉体的原料混合物。所述Na2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为1.25:1。所述K2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为0.75:1。所述NaCl和KCl的质量之和与称量好的Na2CO3、K2CO3和KSrxNb5O15的质量之和的比例为1:1。所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和KSrxNb5O15组成的粉料的质量比为1.5:1。
步骤四：制备铌酸钾钠针状粉体。将得到的铌酸钾钠的原料混合物置于刚玉坩埚中在800℃煅烧2h。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80℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比较大的铌酸钾钠针状粉体，该材料的通式为K0.5Na0.5SryNbO3，y的取值为0.025。
实施例四：
本实施例是一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，其具体过程是：
步骤一：制备铌酸钾前驱物的原料混合物。称量分析纯的SrCO3、Nb2O5和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，得到铌酸钾前驱物的原料混合物。所述SrCO3摩尔量为Nb2O5摩尔量的20%。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。
步骤二：制备铌酸钾前驱物。将得到的铌酸钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧2h。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80℃下烘干洗涤后的粉料，得到铌酸钾前驱物，该材料的通式为KSrxNb5O15，x的取值为0.125。
步骤三：制备铌酸钾钠的原料混合物。称量分析纯的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和得到的KSrxNb5O15粉末。将称量好的Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl粉末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KSrxNb5O15，继续球磨4h。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，得到制备铌酸钾钠针状粉体的原料混合物。所述Na2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为1.25:1。所述K2CO3的摩尔量与KSrxNb5O15的摩尔量的比例为0.75:1。所述NaCl和KCl的质量之和与称量好的Na2CO3、K2CO3和KSrxNb5O15的质量之和的比例为0.5:1。所述无水乙醇的加入量与置于聚乙烯球磨罐中的由Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和KSrxNb5O15组成的粉料的质量比为1.5:1。
步骤四：制备铌酸钾钠针状粉体。将得到的铌酸钾钠的原料混合物置于刚玉坩埚中在700℃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-。在80℃下烘干洗涤后的粉料，得到长径比较大的铌酸钾钠针状粉体，该材料的通式为K0.5Na0.5SryNbO3，y的取值为0.025。

Claims (3)

1.一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，其特征在于：按照如下的步骤进行
步骤一、制备铌酸钾前驱物的原料混合物，将SrCO3、Nb2O5和KCl粉末放入球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h形成湿料，将湿料在60℃下烘干10h，得到干燥粉料，将干燥粉料研磨至粉末状，得到铌酸钾前驱物的原料混合物；
步骤二、制备铌酸钾前驱物，将得到的铌酸钾前驱物的原料混合物置于刚玉坩埚中在1150℃煅烧2h～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-，然后在80℃下烘干，得到铌酸钾前驱物，该铌酸钾前驱物的通式为KSrxNb5O15，x的取值为0.125～0.5；
步骤三、制备铌酸钾钠的原料混合物，将Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl依次置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机中球磨12h，加入铌酸钾前驱物，继续球磨4h，然后经混合料置于烘箱内，在60℃下烘干10h，得到干燥粉料，将干燥粉料研磨至粉末状，得到制备铌酸钾钠的原料混合物；
步骤4：制备铌酸钾钠针状粉体，将得到的铌酸钾钠的原料混合物置于刚玉坩埚中在700℃～900℃煅烧1min～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-，然后在80℃下烘干，得到铌酸钾钠针状粉体，该材料的通式为K0.5Na0.5SryNbO3，y的取值为0.025～0.1。
2.根据权利要求1所述的一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，其特征在于：步骤一中，SrCO3摩尔量为Nb2O5摩尔量的5%～20%，KCl的质量为SrCO3和Nb2O5质量之和的1.5倍，无水乙醇的质量为SrCO3、Nb2O5和KCl粉末质量之和的1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种微米级铌酸钾钠针状粉体的制备方法，其特征在于：步骤三中，Na2CO3的摩尔量与铌酸钾前驱物的摩尔量的比例为1.25:1，K2CO3的摩尔量与铌酸钾前驱物的摩尔量的比例为0.75:1，NaCl和KCl的质量之和与称量好的Na2CO3、K2CO3和铌酸钾前驱物的质量之和的比例为0.5～2:1，无水乙醇的加入量为Na2CO3、K2CO3、NaCl、KCl和铌酸钾前驱物的质量的1.5倍。
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