CN1451607A

CN1451607A - 高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法

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Publication number: CN1451607A
Application number: CN 02114524
Authority: CN
Inventors: 唐应吉; 李大鹏; 沈健; 胡柏星
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-10-29

Abstract

一种高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法，其用H₂O₂+Cl₂水充分溶解工业TiO₂·H₂O，并用纯水和20～27％的NH₃水调整为0.3～0.5M，pH＝13～14的溶液备用，再将工业Ba(NO₃)₂用纯水充分溶解后同样调节至0.3～0.5M，然后将两种溶液以及表面分散剂送入文丘里器快速混合后进入最终反应器，反应结束后，再经过洗涤、精滤、干燥、焙烧等过程形成最终产品。本发明生产成本低，反应过程简单且易于控制，生产周期短，产品纯度高。

Description

高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法

本发明涉及一种采用液相化学反应法制备高纯超细钛酸钡材料的方法。

钛酸钡是传统的制造电子元器件的基本材料。早期人们制造的电子元器件体积大，重量重，性能差，其主要原因就在于所使用的钛酸钡材料的物化性能较差，如：产品颗粒直径大，不均匀，纯度低等。随着信息产业的高速发展，特别是在数字化技术的全面融合下，要求电子元器件进一步小型化、超薄化、复合化和高频、高容量、高可靠、高性能化，由此对制造微型电子元器件的钛酸钡材料的要求也越来越高。国内外对钛酸钡的技术要求粒径为0.1-1μm，纯度为99.8％，并具备良好的分散性，无团聚现象，极少的金属离子含量高等。目前制造钛酸钡的方法主要有固相法、草酸沉淀法和水热法。其中固相法的缺点是产品粒径大，质量不稳定；草酸法和水热法的缺点是反应时间长，工艺复杂，且过程控制难度大、收率低、产品质量波动较大。上述三种方法的共有缺点是对原料的选择苛刻。为保证产品的纯度指标，其在主要原料的使用上采用化学纯或分析纯的纯度等级，导致最终产品成本很高，且产品的杂质不好控制，不易达到制造微型电子元器件对电子材料所要求的技术指标。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种生产成本低、反应过程简单且易于控制、生产周期短、产品纯度高的高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法。

本发明的目的可通过以下措施来达到：

一种高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法，其特殊之处在于：该方法的工艺流程是

1)原料的脱水预处理：将工业品TiO₂·H₂O置入温控于100℃±5℃的烘干器中，烘1～2小时，使水份含量≤1％，然后将其贮存在密闭的容器中备用；

2)TiO₂·H₂O的溶解：将脱水预处理好的TiO₂·H₂O固体粉料，加入溶解器中，再加入H₂O₂+Cl₂水的混合液，其混合比例为：H₂O₂∶80～90％，Cl₂水：10～20％，加入量为(TiO₂·H₂O)∶(H₂O₂+Cl₂)＝1∶3～15摩尔比；待固体充分溶解后，用纯水和20～27％的NH₃水将其浓度调至0.3～1M，PH＝13～14；待充分溶解后，将TiO₂·H₂O溶液贮存备用；

3)销酸钡Ba(NO₃)₂的溶解：将工业销酸钡Ba(NO₃)₂定量加入具有加热功能的溶解器中，并定量加入纯水，使其摩尔浓度为0.3～1M；同时启动加热器缓慢对物料进行加热，温升速度控制在3～5℃/分钟，温度加热至70～90℃之间，然后将溶解的销酸钡Ba(NO₃)₂溶液贮存备用；

4)液相化学反应：用计量设备将步骤2)、步骤3)中的两种备用溶液分别等当量计量，送入文丘里混合器，同时加入占总物料重0.6～2.0％的表面分散剂，快速混合后，再送入装有40～60转/分高速搅拌器的最终反应器进行液相化学反应，反应时间为1～1.5小时；反应完毕，将反应生成物的浓度用纯水调节至3～5％，洗涤至少两次；

5)反应生成物的过滤烘干：将步骤4)中的最终反应生成物用精滤设备滤出，滤饼水含量小于60％；将滤饼收入干燥器中进行烘干，烘干温度控制在150℃～300℃，烘干后的水份含量小于0.1％，然后将固体粉状产品贮存备用；

6)焙烧：将步骤5)中的固体粉状产成品放入800℃～1130℃的焙烧炉中进行焙烧，焙烧时间为1～1.5小时，最终得到粒径为0.1μm～1μm、纯度为99.8％的产品。

上述将TiO₂·H₂O固体粉料加入溶解器中，溶解过程中，应根据周围环境温度的情况，采用先升温后降温的办法，降温速率控制在±4℃/分钟为宜。

上述将脱水预处理好的TiO₂·H₂O固体粉料，加入溶解器中，再加入H₂O₂+Cl₂水的混合液，加入过程中需连续搅拌。

上述在TiO₂·H₂O溶解时加入H₂O₂+Cl₂水，其混合比例以为H₂O₂：70～90％，Cl₂水：10～20％，加入量为(TiO₂·H₂O)∶(H₂O₂+Cl₂水)＝1∶10～15摩尔比为宜。

上述配制TiO₂·H₂O溶液时，应以TiO₂·H₂O稍过量，Ba/Ti＝0.995～0.998为宜。

上述TiO₂·H₂O及Ba(NO₃)₂溶液的摩尔浓度以调整在0.3～0.5M，然后等当量送入文丘里混合器及配置有高速搅拌的最终反应器进行液相化学反应为宜。

上述表面分散剂可采用苯乙酸、聚乙二醇等非离子型表面分散剂。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、所使用的主要原料为工业品(级)TiO₂·H₂O和Ba(NO₃)₂，原料易得，价格低廉；

2、采用高效溶剂，使固体TiO₂·H₂O具有很好的溶解性；

3、采用高性能分散剂能够有效地保证产成品具有良好的分散性，无团聚现象；

4、采用文丘里混合器和装有高速搅拌器的最终反应器，可确保液相化学反应的快速性和完全性；

5、初成品钛酸钡的焙烧温度控制在800～1130℃之间，焙烧时间短，可保证产品的晶型达到规定的技术指标；

6、产品纯度高、杂质少、粒径均匀、性能稳定，可满足微型电子元器件对电子材料的技术性能要求；

7、制造成本较低。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步详述：

本发明的工艺流程为：

1、原料的脱水预处理：将工业品TiO₂·H₂O置入温控于100℃±5℃的烘干器中，烘1～2小时，用测定水份的方法进行测定，使水份含量≤1％，以保证原料的规格性和称量的准确性，然后将处理过的原料贮存在密闭的容器中备用；

2、TiO₂·H₂O的溶解：使脱水预处理好的TiO₂·H₂O固体粉料，加入溶解器中，再加入H₂O₂+Cl₂水的混合液，其混合比例为：H₂O₂：80～90％，Cl₂水：10～30％，加入量为(TiO₂·H₂O)∶(H₂O₂+Cl₂)＝1∶3～15摩尔比，加入过程中需连续搅拌。固体充分溶解约需1～2.5小时。溶解过程结束后，用纯水和20～27％的NH₃水将其浓度调至0.3～0.5M，PH＝13～14。溶解中，应根据周围环境温度的情况，采用先升温后降温的办法，降温速率控制在±4℃/分钟；待充分溶解后，将其降至环境温度贮存备用；

3、销酸钡Ba(NO₃)₂的溶解：将工业销酸钡Ba(NO₃)₂定量加入具有加热功能的溶解器中，并定量加入纯水，使其摩尔浓度为0.3～0.5M。同时启动加热器缓慢对物料进行加热，温升速度控制在3～5℃/分钟。加热时应严格控制其温升速率。否则将会影响溶解质量。一般情况下将温度加热至70～90℃之间，需要时间为0.5～1小时左右。这一过程结束后将溶液贮存备用；

4、液相化学反应：用计量设备将步骤2、步骤3中的两种待用溶液分别等当量计量，送入文丘里混合器，与此同时并加入占总物料重0.6～2.0％的苯乙酸、聚乙二醇等非离子型的表面分散剂，在上述两种溶液和表面分散剂在文丘里器中快速混合后，再送入装有40～60转/分高速搅拌器的最终反应器进行液相化学反应，反应时间为1～1.5小时，反应过程完毕后，将反应生成物的浓度用纯水调节至3～5％，洗涤至少两次；

5、反应生成物的过滤烘干：将步骤4中的最终反应生成物用精滤设备滤出，滤饼水含量小于60％。将滤饼收入干燥器中进行烘干。烘干温度控制在150℃～300℃，烘干后的水份含量小于0.1％。该过程结束后将固体粉状产品贮存备用；

6、焙烧：将步骤5中的固体粉状产成品放入800℃～1130℃的焙烧炉中进行焙烧。焙烧时间为1～1.5小时，最终得到的产品粒径为0.1μm～1μm，纯度为99.8％。

Claims

1、一种高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法，其特征在于：该方法的工艺流程是

1)、原料的脱水预处理：将工业品TiO₂·H₂O置入温控于100℃±5℃的烘干器中，烘1～2小时，使水份含量≤1％，然后将其贮存在密闭的容器中备用；

2)、TiO₂·H₂O的溶解：将脱水预处理好的TiO₂·H₂O固体粉料，加入溶解器中，再加入H₂O₂+Cl₂水的混合液，其混合比例为：H₂O₂：80～90％，Cl₂水：10～20％，加入量为(TiO₂·H₂O)∶(H₂O₂+Cl₂)＝1∶3～15摩尔比；待固体充分溶解后，用纯水和20～27％的NH₃水将其浓度调至0.3～1M，PH＝13～14；待充分溶解后，将TiO₂·H₂O溶液贮存备用；

3)、销酸钡Ba(NO₃)₂的溶解：将工业销酸钡Ba(NO₃)₂定量加入具有加热功能的溶解器中，并定量加入纯水，使其摩尔浓度为0.3～1M；同时启动加热器缓慢对物料进行加热，温升速度控制在3～5℃/分钟，温度加热至70～90℃之间，然后将溶解的销酸钡Ba(NO₃)₂溶液贮存备用；

4)、液相化学反应：用计量设备将步骤2)、步骤3)中的两种备用溶液分别等当量计量，送入文丘里混合器，同时加入占总物料重0.6～2.0％的表面分散剂，快速混合后，再送入装有40～60转/分高速搅拌器的最终反应器进行液相化学反应，反应时间为1～1.5小时；反应完毕，将反应生成物的浓度用纯水调节至3～5％，洗涤至少两次；

5)、反应生成物的过滤烘干：将步骤4)中的最终反应生成物用精滤设备滤出，滤饼水含量小于60％；将滤饼收入干燥器中进行烘干，烘干温度控制在150℃～300℃，烘干后的水份含量小于0.1％，然后将固体粉状产品贮存备用；

6)、焙烧：将步骤5)中的固体粉状产成品放入800℃～1130℃的焙烧炉中进行焙烧，焙烧时间为1～1.5小时，最终得到粒径为0.1μm～1μm、纯度为99.8％的产品。

2、如权利要求1所述的高纯超细钛酸钡液相化学反应制备方法，其特征在于：所述的将TiO₂·H₂O固体粉料加入溶解器中，溶解过程中，应根据周围环境温度的情况，采用先升温后降温的办法，降温速率控制在±4℃/分钟。

3、如权利要求1或2所述的高纯超细钛酸钡液相化学反应制备方法，其特征在于：所述的将脱水预处理好的TiO₂·H₂O固体粉料，加入溶解器中，再加入H₂O₂+Cl₂水的混合液，加入过程中需连续搅拌。

4、如权利要求1或2所述的高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法，其特征在于：所述的在TiO₂·H₂O溶解时加入H₂O₂+Cl₂水，其混合比例为H₂O₂：70～90％，Cl₂水：10～20％，加入量为(TiO₂·H₂O)∶(H₂O₂+Cl₂水)＝1∶10～15摩尔比。

5、如权利要求4所述的高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法，其特征在于：所述的配制TiO₂·H₂O溶液时，应以TiO₂·H₂O稍过量，Ba/Ti＝0.995～0.998。

6、如权利要求5所述的高纯超细钛酸钡的液相化学反应制备方法，其特征在于：所述的TiO₂·H₂O及Ba(NO₃)₂溶液的摩尔浓度调整在0.3～0.5M，然后等当量送入文丘里混合器及配置有高速搅拌的最终反应器进行液相化学反应。

7、如权利要求6所述的高纯超细钛酸钡液相化学反应制备方法，其特征在于：所述的表面分散剂为苯乙酸、聚乙二醇等非离子型表面分散剂。