CN1187268C - 高能球磨合成单相九钛酸二钡粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种合成单相九钛酸二钡粉体的方法,其特征在于按Ba2Ti9O20配料后采用行星式高能球磨湿磨方式,以水为溶剂,溶剂与原料的重量比为0.5∶1~0.9∶1。选用氧化锆磨球,料球重量比为1∶3~1∶20;球磨转速为100~300转/分;球磨时间20~50小时,烘干后在空气中1200℃煅烧4小时。具有制备工艺简单,工艺参数易控,适合大规模工业化生产特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种九钛酸二钡(Ba2Ti9O20)粉体的制备方法,属精细化工领域。
背景技术
九钛酸二钡Ba2Ti9O20是一种优良的微波介质材料,具有较高的介电常数、低介电损耗及很小的共振频率温度系数,被广泛地应用于微波器件如谐振器、滤波器及微波天线的制备中,是一种极有前景的材料。随着微波通信的发展,其应用范围正在不断扩大。研究表明:九钛酸二钡材料的相组成对其微波性能有较大的影响,制备单相的九钛酸二钡粉体,是近年来,九钛酸二钡材料的研制和开发中的一个热点。目前制备单相九钛酸二钡的方法很多,如醇盐水解法,液相混合法、溶胶一凝胶法、柠檬酸法等。但这些方法,有的原料昂贵,有的工艺复杂,有的产量很低,都不适合于大规模生产。传统的机械球磨法是一种常见的合成九钛酸二钡的方法;作为固相法的一种,该方法具有工艺简单,成本低廉等优点,容易应用于大规模工业生产,因此具有较大的发展前途。但该方法也存在较明显的缺点,那就是需要较高的煅烧温度(>1300℃)才能获得单相的九钛酸二钡粉体,虽然在较低温度下也有可能获得单相的九钛酸二钡,但需要很长的保温时间(>70小时),这不仅要浪费大量能源,而且延长了生产周期,提高了生产成本。
发明内容
本发明是对普通的固相法的改进其目的在于提供一种价格低廉、可大规模生产,同时又可降低合成温度并缩短保温时间并提高粉体均匀性的方法。该方法工艺简单、产品质量稳定、成本较低。
本发明提供的制备方法是以市售化学纯碳酸钡和氧化钛为初始原料,通过在一定条件下进行高能球磨后,经烘干、煅烧后得到组分均匀、单相的九钛酸二钡(Ba2Ti9O20)粉体。其工艺流程如图1所示。
现将各有关过程详述如下:
1、原料的选择:选用廉价易得的市售碳酸钡和氧化钛(TiO2)为原料。反应方程式为:
2、球磨方式的选择:行星式高能球磨,采用湿磨的方式。采用水为溶剂,水与料的重量比为0.5∶1~0.9∶1。
3、磨球的选择:选择氧化锆球为研磨介质,磨球直径在0.3-1.5厘米之间,料球重量比选择在1∶3到1∶20之间。料球比过高球磨效果不好,过低产量低。
4、球磨过程转速的选择:控制在100-300转/分钟之间。
5、球磨时间的选择:20-50小时。时间过短粉碎效果不好,过长浪费能源。
6、干燥温度及时间:为节约时间和成本,本发明采用普通的烘箱对沉淀物进行干燥脱水。干燥温度为120℃,时间为12小时。
7、煅烧:本发明采用普通的煅烧炉,在空气中进行煅烧。煅烧温度控制为1200℃,时间为4小时。
由上所述,可见本发明的突出特点是:
1、制备工艺简单,工艺参数易控制,易于大规模工业化生产。
2、本发明采用行星式高能球磨对原料进行研磨粉碎,达到使颗粒粉碎均匀的目的,粉碎的效果明显要好普通机械球磨。
3、本发明所得粉体经1200℃/4h条件下煅烧就可得到单相的九钛酸二钡粉体。既不需要太高的煅烧温度,也不需要太长的保温时间。
附图说明
图1是本发明的工艺流程。
图2是用本发明提供的方法制备的所得粉体的XRD谱。从谱图上可看到,所有的峰都与JPCD卡40-405相吻合,表明粉体为单相的九钛酸二钡。
图3是用本发明提供的方法所得九钛酸二钡粉体(未烧)与普通机械球磨制备的九钛酸二钡粉体(未烧)的扫描电镜照片(SEM)的比较。从图3可以看到,本发明提供的方法所得的粉体颗粒细且分布均匀(图3A),而普通球磨所得粉体中除了细颗粒外,还有大量大颗粒存在(图3B)。这说明前者的粉碎效果明显好于后者。
图4是高能球磨(上面衍射图)与普通机械球磨(下面衍射图)所得粉体的XRD谱的比较。
图5是在干磨和湿磨(上面为湿磨,下面为干磨)的条件下高能球磨30h后所得粉体经1200℃煅烧4小时后的XRD谱。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明的突出特点,仅在于说明本发明而决不限制本发明,亦即,本发明的突出特点和显著进步,决不限于下述实例。
实施例1:
将按配比需要的碳酸钡和氧化钛混合后分成两部分,一部分用行星式高能球磨进行处理,另一部分用普通机械球磨进行处理。行星球磨的速度控制为150转/分钟,普通机械球磨的速度控制为120转/分钟。球磨方式均为湿磨,以水为溶剂,溶剂与料的重量比为0.7∶1,料球重量比1∶10,球磨时间均为30小时。将磨好的粉体在120℃下烘干。然后1200℃下煅烧4小时。煅烧所得粉体的相组成如图4所示。可以看到:在相同条件下高能球磨所得粉体为单相的九钛酸二钡,而普通球磨所得粉体中除九钛酸二钡外,还有大量四钛酸钡存在。
实施例2:
将按配比需要的碳酸钡和氧化钛混合后用行星式高能球磨进行处理。行星球磨的速度控制为150转/分钟,球磨方式为湿磨,球磨时间为30小时。将磨好的粉体在120℃下烘干,然后在不同温度下煅烧4小时。用XRD法测定粉体的相组成,结果表明,当煅烧温度高于1200℃时的粉体为单相九钛酸二钡,如表1所示。
表1粉体的相组成与煅烧温度的关系
相组成(%) | 900℃ | 1000℃ | 1100℃ | 1200℃ | 1250℃ |
二氧化钛 | 28 | 23 | 0 | 0 | 0 |
四钛酸钡 | 72 | 77 | 40 | 0 | 0 |
九钛酸二钡 | 0 | 0 | 60 | 100 | 100 |
实施例3:
将碳酸钡和氧化钛混合后,在干燥状态下进行高能球磨,将不同球磨时间所得的粉体取出,在1200℃下煅烧4小时,然后用XRD测试粉体的相组成。结果表明,球磨时间越长,最后粉体中的九钛酸二钡相越高,如表2所示。
表2不同球磨时间对相组成的影响
时间/小时 | 0 | 15 | 30 |
九钛酸二钡比例/% | 68 | 75 | 83 |
实施例4:
将碳酸钡和氧化钛混合后分为两份,一份在干燥状态下直接进行高能球磨;另一份加水后进行湿磨。将球磨所得的粉体烘干、过筛后,在1200℃煅烧4小时。图5是两种粉体煅烧后的XRD谱图。从谱图上可见:湿磨所得粉体经1200℃/4h煅烧后已完全转变为九钛酸二钡相,而在同样条件下煅烧的干磨粉体则相转变不完全,还有大量的四钛酸钡存在。
Claims (3)
1、一种合成单相九钛酸二钡粉体的方法,包括原料选择、配比、球磨、干燥以及煅烧,其特征在于采用行星式高能球磨湿磨方式,以水为溶剂,料球重量比为1∶3~1∶20,转速为100~300转/分,球磨时间为20~50小时,经球磨烘干后在空气中1200℃煅烧4小时而成;以市售的化学纯碳酸钡和氧化钛为原料;溶剂与原料的重量比为0.5∶1~0.9∶1。
2、按权利要求1所述合成单相九钛酸二钡粉体的方法,其特征在于行星式高能球磨湿磨选用氧化锆磨球。
3、按权利要求1所述合成单相九钛酸二钡粉体的方法,其特征在于所述的球磨后粉料的干燥条件在120℃,保温12小时。
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