[发明专利]一种制备锆钛酸铅超细粉体的方法

说明书

本发明是关于锆钛酸铅(PZT)超细粉体的制备方法，该方法有别与传统的PZT粉体的制备，采用独特试剂--丙酮为沉淀剂、浓氨水为催化剂，通过溶胶-沉淀过程制备PZT粉体。属于制备锆钛酸铅盐粉体的领域。

锆钛酸铅材料在一定的Zr/Ti比范围内具有优异的压电、铁电、热释电及光电特性，锆钛酸铅厚膜材料(1-10微米)与体块材料相比，更具有功能效应多、功耗小、噪音低、易集成等优点，是当今信息技术发展中微电子机械(MEMS)技术开发中理想的传感器和驱动器材料。制备PZT厚膜的一个新颖而有效的方法是液-固复合法，即将超细粉体分散于液相中制膜，克服了单纯用溶液通过化学沉积法制备厚膜膜层易开裂、难以做厚的问题。然而，在液-固复合法制备厚膜中制备分散性能好的PZT超细粉体是首要问题，而且超细PZT粉体用于材料制备中将改善材料的烧结性能，降低材料的烧结温度、提高其致密度，从而有利于材料与半导体技术的集成。PZT超细粉体的制备方法一般有传统的溶胶-凝胶法、凝胶燃烧法及复合醇盐法等。前两种方法中均有明显的凝胶过程，溶胶中分子已形成大网络，因而所制备粉体团聚极其严重；而复合醇盐法更多地用于钛酸铅粉体的制备，用于三元锆钛酸铅粉体制备的报道极少，而且该方法中醇盐复合过程耗时长，复合程度较难控制，所制备的粉体晶粒一般大于200纳米。

本发明的目的在于提供一种新的溶胶-沉淀法用于制备PZT粉体。该方法是在传统的溶胶-凝胶法的基础上，先制备前驱溶液，然后采用丙酮为沉淀剂，用浓氨水为沉淀催化剂，通过溶胶-沉淀过程制备PZT粉体。该方法制备的PZT粉体具有晶粒大小均匀、尺寸小，分散性较好，烧结温度低等特点。

本发明中前驱溶液采用异丙醇锆、丙醇钛、三水合醋酸铅、乙二醇甲醚为起始原料，以丙酮为沉淀剂，浓氨水为催化剂，按下列步骤制备粉体：

1、将异丙醇锆、丙醇钛、三水合醋酸铅分别溶于乙二醇甲醚中，并分别在120℃-130℃油浴中回流3-5小时，配制成锆(1克分子/升)、钛(1克分子/升)、铅(0.6克分子/升)单元溶液。

2、将上述锆、钛单元溶液按化学计量比先混合得到所需Zr/Ti比的前驱溶液，然后再与铅溶液混合配制成Zr/Ti/Pb三元前驱溶液，锆、钛、铅三者克分子比为Zr∶Ti∶Pb＝X∶1-X∶1.05，0.3≤X≤0.6。

3、将三元前驱溶液与丙酮按1∶5-10(体积比)的比例迅速混合，强力搅拌1-5分钟，然后边搅拌边迅速加入浓氨水，调节pH＝7-9，大量白色沉淀析出，继续搅拌0.5小时。以丙酮为沉淀剂，浓氨水为催化剂加速沉淀析出。

4、将白色沉淀物过滤出并用丙酮清洗、过滤三遍，再以丙酮为介质超声清洗10分钟，置于烘箱中60℃-80℃快速烘干(4-8小时)。

5、烘干粉体过500目筛，在500℃-600℃下通氧气(氧气流量为2-4升/分钟)煅烧1-2小时，再过500目筛得PZT超细粉体。图1.为530℃/1小时煅烧的PbZr_0.42Ti_0.58O₃粉体的X衍射图，在2θ角为31°处出现(101)钙钛矿相特征峰，结晶取向以(101)为主，(101)峰尖锐光滑，显示出粉体结晶良好。图2.为该粉体的透射电镜照片，晶粒大小均匀，约为120-180纳米，且分散性好。考察粉体的化学组成，由表1.可知，所制备粉体的化学组成与起始前驱溶液的化学组成基本一致，组分偏差＜1.0％，从化学组成基本一致上证明该方法的可靠性。