CN118183829A - 一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米陶瓷粉体制备领域，公开了一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用，用以解决钛酸钡粉末的粒径尺寸较大、分布较宽、分散性差的技术问题，步骤如下：（1）配置钡盐溶液；（2）以钛酸纳米管经过煅烧处理得到的锐钛矿二氧化钛为钛源，将其加入到钡盐溶液中，得到钛酸钡前驱体溶液；（3）前驱体溶液水热反应；（4）进行抽滤、洗涤、干燥及研磨得到钛酸钡粉体。本发明制备的钛酸钡具有颗粒尺寸小，分布窄、分散性好的特点；同时该反应可以避免使用大量的矿化剂，该方法成本低、安全性好、工艺简单、亦可实现粉体的大规模生产，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求。

Description

一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米陶瓷粉体制备领域，特别是指一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用。
背景技术
随着5G通信时代的快速发展，多层陶瓷电容器(MLCC)作为最主要的无源器件逐渐向微型化、高性能化、高可靠性方向发展，实现MLCC微型化的关键在于钛酸钡陶瓷粉体的纳米化。而器件的可靠性和高性能往往依赖于粉体材料的结构、形貌等相关性质。因此制备小尺寸、高分散、高四方性钛酸钡粉体是满足MLCC发展趋势要求的关键所在。
在众多的制备方法中，水热法因制备条件可控、制备的粉体纯度高、粒径较小而被广泛研究，且被认为是制备高性能粉体、推动高端MLCC快速发展的最有希望的方法之一。在水热反应过程中，钛源前驱体本身的颗粒尺寸、分散性等对反应过程中的溶解、成核以及颗粒生长速率对后期钛酸钡粉体的颗粒尺寸、分散性以及四方相含量具有重要的影响。例如，专利CN117125737A公开了一种低成本制备高四方性纳米钛酸钡粉体的方法，以普通二氧化钛钛源，将其加入到钡盐溶液中，在有无机碱的条件下，进行水热反应，该制备过程由于无机碱的存在导致后期需要乙酸、乙醇等清洗，对放大成产以及后期使用性能不利，并且产品的平均粒径较大，产品的分散性并不是很好。因此，选取合适的钛源前驱体对制备高质量粉体显得至关重要。
Maxim等人以钛酸钠纳米管为钛源，BaCl2·2H2O为钡源，通过水热反应制备了空心结构的立方相的钛酸钡材料，这种结构和形貌无法用于MLCC的原材料。钛酸纳米管是一种具有管状结构的纳米材料，因其管状形貌和优异的反应活性等特点而应用于吸附以及光催化等领域。在先前的研究中，通过以酸处理钛酸钠纳米管得到的钛酸纳米管(NTA)为钛源水热制备钛酸钡纳米颗粒的反应过程发现：由于NTA的高反应活性，反应初期会有破碎的管状结构和钛酸钡的小晶核的混合形貌，整个体系的成核速率不能保持一致，这会导致钛酸钡的颗粒尺寸分布较宽。因此，寻找一种合适的处理方式使反应过程中体系的成核速率保持一致对于制备粒径较小、尺寸分布窄，分散性好的钛酸钡粉体至关重要。
发明内容
为了解决现有技术中钛酸钡粉末的粒径尺寸较大、分布较宽、分散性差的技术问题，本发明提出了一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用，制备出小尺寸、高分散的钛酸钡粉体；且制备过程中无需加入矿化剂、工艺简单。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)配制一定浓度的钡盐溶液，加热溶解，溶解完全后降温；
(2)按照一定量的钡钛摩尔比称量钛源，加入到钡盐溶液中，高速乳化剪切，得到钛酸钡前驱体溶液；
(3)将钛酸钡前驱体溶液转移至高温反应釜中，进行水热反应得到钛酸钡悬浮液；
(4)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤、干燥以及研磨后得到钛酸钡粉体。
所述步骤(1)中钡盐为Ba(OH)2·8H2O，溶剂为去离子水，钡盐溶液的浓度为2 -3mol/L。
所述步骤(1)中加热溶解钡盐溶液的温度为70-90℃，待完全溶解后降温到40-50℃。
所述步骤(2)中钛源为钛酸纳米管(NTA)经过在400-700℃，处理0.5-8h后形成的锐钛矿二氧化钛。
所述步骤(2)中钡/钛摩尔比为(1.0-1.2)：1。
所述步骤(3)中水热反应的温度为160-200℃，时间为8-24h。
上述制备方法制备的钛酸钡粉体。
上述钛酸钡粉体在多层陶瓷电容器中的应用。
本发明产生的有益效果是：
(1)本发明以钛酸纳米管经过不同温度(400-700℃)处理后，一维管状结构逐渐遭到破坏，形成20-50nm的分散性较好的纳米颗粒，同时正交晶系转化为锐钛矿二氧化钛为钛源，通过前驱体形貌、结晶度以及分散性的调控，提高反应活性，促进反应过程中溶解-形核速率保持相对一致，从而保证高分散性、粒径分布均一粉体的制备。采用上述方法和配方，便可制得平均粒径为60-100nm，晶型为四方相的钛酸钡粉体，所制备的钛酸钡颗粒形貌完整，分散均匀，满足当今陶瓷电容器微型化的要求。
(2)本发明一方面通过提高钡源Ba(OH)2·8H2O的浓度，提供反应所需要的高浓度碱性环境，另外一方面，本发明使用的是钛酸纳米管经过处理后的二氧化钛为钛源，具有较高的反应活性和较好的分散性，二者结合可以避免使用大量的碱性矿化剂，这减少后续的大量的水洗过程，避免微量的碱性或者碱土金属离子在钛酸钡本体中的残留，从而满足MLCC对原材料纯度的要求，另一方面可以提高反应产量，提高生产效率。该方法工艺简单，制备成本低，易于大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备二氧化钛钛源的XRD图谱(a)和SEM图(b)。
图2为本发明实施例1制备的钛酸钡粉末的SEM图。
图3为本发明实施例1制备的钛酸钡粉末的粒径分布图。
图4为本发明实施例1制备的钛酸钡粉末的XRD图谱。
图5为本发明对比例1制备的钛酸钡粉末的SEM图。
图6为本发明对比例1制备的钛酸钡粉末的粒径分布图。
图7为本发明对比例1制备的钛酸钡粉末的XRD图谱。
图8为本发明对比例2制备的钛酸钡粉末的SEM图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中使用的钛酸纳米管的制备方式如下：将TiO2分散在80mL 10M NaOH溶液中，搅拌均匀后置于聚四氟乙烯水热反应釜中，并在120℃反应24h，即可制备Na2Ti2O5·H2O，随后将Na2Ti2O5·H2O水洗至pH＝10，再用pH＝1.0的HCl溶液酸洗至pH＝1.2，搅拌4-5h，再次水洗去除Cl-至中性，抽滤，最后置于60℃真空烘箱干燥，所得产品即为H2Ti2O5·H2O,简称NTA。
实施例1
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
图1为本实施例所使用的二氧化钛钛源的结构表征图。从图1a XRD图可以看出该二氧化钛钛源为锐钛矿晶型结构，图1b SEM图可以看出，该二氧化钛颗粒是有20-50nm的小颗粒组成，颗粒分散均匀。
图2为本实施例制备的钛酸钡粉末的SEM图，图3为粒径分布图。从图2和3中可以看出，该制备工艺条件下制备得到的钛酸钡粉体平均粒径约为98nm，粒径大小均匀，分布较窄。图4为本实施制备的钛酸钡粉末的XRD图谱，从图中可以看出，得到为纯相的钛酸钡特征峰，无杂峰出现，对XRD数据进行精修得到其c/a值为1.0073，具有较高的四方相含量。
实施例2
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在500℃下热处理4h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到90℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例3
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在400℃下热处理8h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例4
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在700℃下热处理0.5h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例5
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2.4M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例6
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2.8M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例7
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制3.0M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例8
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例9
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.1：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例10
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.2：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例11
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在160℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例12
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在180℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例13
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应8h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例14
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应16h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例15
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到70℃待完全溶解后，自然降温至40℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(3)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(4)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
实施例16
本实施例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到90℃待完全溶解后，自然降温至50℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(3)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(4)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
对比例1
本对比例的钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(2)将钛酸纳米管加入到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(3)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(4)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
图5为本对比例制备的钛酸钡粉末的SEM图，图6为粒径分布图。从图5和6中可以看出，该制备工艺条件下制备得到的钛酸钡粉体平均粒径在90-130nm之间，平均粒径在108nm，颗粒尺寸分布较宽，其团聚系数为1.72，和实施例1相比样品尺寸大小不均一，团聚严重。图7为本实施制备的钛酸钡粉末的XRD图谱，从图中可以看出，得到为纯相的钛酸钡特征峰，无杂峰出现，对XRD数据进行精修得到其c/a值为1.0059，四方相含量较实施例1低。
对比例2
本对比例的钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(2)将市售的普通二氧化钛加入到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(3)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(4)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
图8为本对比例制备的钛酸钡粉末的SEM图，从图8中可以看出，该制备工艺条件下制备得到的钛酸钡粉体粒径分布较宽，在100-500nm范围内。
对比例3
本对比例的钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制1.6M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
对比例4
本对比例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制3.2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在200℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
由于钡盐浓度较大，相应的钛源的浓度也较大，导致二氧化钛粉末不能完全分散到体系中，无法进行有效分散，样品粘度较大，无法搅拌，反应没法进行。
对比例5
本对比例的一种钛酸钡粉体的制备方法，步骤如下：
(1)称取一定量钛酸纳米管放置于马弗炉中，在600℃下热处理2h得到锐钛矿二氧化钛。
(2)称量Ba(OH)2·8H2O于烧杯中，加入去离子水，配制2M的Ba(OH)2·8H2O溶液，搅拌加热到85℃待完全溶解后，自然降温至45℃。
(3)加入步骤(1)中制备的钛源到配制好的Ba(OH)2·8H2O溶液，Ba/Ti摩尔比控制在1.06：1，1000rmp下高速剪切10min，得到钛酸钡前驱体溶液。
(4)将钛酸钡前驱体溶液转移到高压反应釜中，在220℃下水热反应24h后，冷却至室温，得到钛酸钡悬浮液。
(5)将钛酸钡悬浮液进行抽滤、去离子水洗涤，烘干、研磨后得到钛酸钡粉体。
性能测试与结果分析
对制备出的钛酸钡粉体进行性能测试，利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用激光粒度分析仪测试得到其粒径累计分布百分数D50；利用比表面积分析仪测试和计算得到比表面积当量粒径DBET，通过公式AF＝D50/DBET计算粉体的团聚系数，而粉体的分散程度常用团聚系数AF来表示，团聚系数AF越接近1，表明粉体的分散性越好；较高分散性可以减少后期烧结过程中孔隙的产生，利于陶瓷致密度的提升；利用XRD测试并精修得到粉体四方性c/a。
(1)钛酸纳米管或经不同热处理以及市售普通的二氧化钛对钛酸钡粉体性能的影响，结果如表1所示。
表1钛酸纳米管或经不同热处理以及市售普通的二氧化钛对钛酸钡粉体性能的影响
从表1中可以看出，NTA经过600℃，2h的煅烧处理得到的二氧化钛为钛源制备的钛酸钡具有较少的粒径，优异的分散性和高的四方相含量。
(2)钡盐溶液的浓度对钛酸钡粉体性能的影响，结果如表2所示。
表2钡盐溶液的浓度对钛酸钡粉体性能的影响
从表2中可以看出，随着钡盐浓度的提升，为反应体系提供了高碱环境，可加快反应初期钛酸钡的形核速率，促进后期晶核的长大，使得颗粒粒径逐渐增大；同时高碱环境使反应过程中脱H+较为彻底，晶格OH-减少，促进粉体向四方相的转变，呈现出四方性逐渐增加的趋势；由团聚系数AF看出，其在实施例1钡盐浓度为2M时，表现出良好的分散性；综合对比发现钡盐浓度为2M为最佳的反应浓度。
(3)Ba/Ti摩尔比对钛酸钡粉体性能的影响，结果如表3所示。
表3Ba/Ti摩尔比对钛酸钡粉体性能的影响
实施例/对比例 Ba/Ti摩尔比 平均粒径 AF c/a
实施例1 1.06：1 98nm 1.03 1.0073
实施例8 1：1 96nm 1.53 1.0073
实施例9 1.1：1 99nm 1.27 1.0075
实施例10 1.2：1 100nm 1.40 1.0076
从表3中可以看出，Ba/Ti的提高，为颗粒后续生长提供了更大的驱动力，颗粒逐渐融合生长，粒径逐渐增大，但整体对颗粒的影响不大；同时Ba/Ti亦可以对反应的碱性环境进行调控，当Ba/Ti逐渐增加，可以有效消除部分缺陷，促进高四方相钛酸钡粉体的合成。且当Ba/Ti适当提高至1.06时，其表现出良好的分散性，为最佳的钡钛比。
(4)水热反应温度对钛酸钡粉体性能的影响，结果如表4所示。
表4水热反应温度对钛酸钡粉体性能的影响
实施例/对比例 反应温度 平均粒径 AF c/a
实施例1 200℃ 98nm 1.03 1.0073
实施例11 160℃ 81nm 1.53 1.0061
实施例12 180℃ 91nm 1.48 1.0073
对比例5 220℃ 102nm 1.26 1.0074
从表4中可以看出，反应温度的提高，可以为颗粒的形核和生长提供足够的驱动力，使颗粒逐渐长大，呈现粒径增加的趋势；且温度升高，可促使颗粒由立方向四方转化，四方性逐渐升高。在200℃时，粉体的团聚系数较小，表现出良好的分散性和较高的四方相含量，为最佳的反应温度。
(5)水热反应时间对钛酸钡粉体性能的影响，结果如表5所示。
表5水热反应时间对钛酸钡粉体性能的影响
实施例/对比例 反应时间 平均粒径 AF c/a
实施例1 24h 98nm 1.03 1.0073
实施例13 8h 68nm 1.51 1.0063
实施例14 16h 78nm 1.33 1.0067
从表5中可以看出，延长反应时间的延长，使颗粒逐渐的发育完整，生长阶段延长，粒径逐渐增大；同时延长反应时间，其晶体结构中c轴逐渐增长，a轴逐渐变短，呈现出四方性含量逐渐增加的趋势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）以Ba(OH)2·8H2O为钡盐，配制成钡盐溶液；
（2）以钛酸纳米管经热处理得到的锐钛矿二氧化钛作为钛源，按照钡钛摩尔比称量钛源，加入到钡盐溶液中，高速乳化剪切，得到钛酸钡前驱体溶液；
（3）步骤（2）得到的钛酸钡前驱体溶液经水热反应得到钛酸钡悬浮液；
（4）步骤（3）得到的钛酸钡悬浮液经抽滤、去离子水洗涤、干燥以及研磨后得到钛酸钡粉体。
2.根据权利要求1所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）配制钡盐溶液的过程为：将Ba(OH)2·8H2O溶于去离子水中，加热至70-90℃溶解，溶解完全后降温至40-50℃。
3.根据权利要求1或2所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中钡盐溶液的浓度为2-3mol/L。
4.根据权利要求3所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中热处理的温度为400-700℃。
5.根据权利要求4所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中热处理的时间为0.5-8h。
6.根据权利要求5所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中钡钛摩尔比为（1.0-1.2）：1。
7.根据权利要求6所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中水热反应的温度为160-200℃。
8.根据权利要求7所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中水热反应的时间为8-24h。
9.利用权利要求1所述的制备方法制备的钛酸钡粉体。
10.权利要求9所述的钛酸钡粉体在多层陶瓷电容器中的应用。
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