[发明专利]钛酸钡纳米粉体及其陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种长链有机酸辅助溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米粉体其陶瓷的方法。

背景技术

钛酸钡具有很高的介电常数，优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，并且对环境无污染，因而以钛酸钡为主要原料制成的钛酸钡陶瓷在工业上有着广泛的应用，主要作为多层陶瓷电容器(MLCC)的介质材料。BaTiO₃纳米粉体的制备方法一直是研究热点。传统的固相法对原材料的粒径和纯度有着严格的要求，并且用该方法制备出的粉体均匀性差，严重影响了产品性能的稳定性。而人们熟悉的湿化学方法如沉淀法、水热法、微乳液法、溶胶-凝胶法所制备的粉体就具有纯度高、均匀性好等优点。但是沉淀法、水热法和微乳剂法所需要的操作条件相对复杂，一般都涉及水洗过程，在实际制备过程中不易控制。

溶胶-凝胶法由于反应温度低、易于控制、所得粉体纯度高、粒径小、均匀性好，在实际操作中的应用更为广泛。但是由溶胶-凝胶法制备的钛酸钡纳米粉体很容易形成团聚。文献报道表面活性剂可以阻止粒子的团聚，在溶胶-凝胶的过程中加入表面活性剂就可以制备出粒子大小可控、分散性良好的粉体(Woei-Kwo Kuo，Bertrand Lo，Yong-Chien Ling，Materials Chemistry and Physics60(1999)132-136)。然而，文献报道的方法操作条件严格、制备成本较高，另外所加入的表面活性剂有毒对人体和环境会造成一定的危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种均匀性好、分散性好的钛酸钡纳米粉体的制备方法。该方法采用无毒、廉价的长链有机酸(碳链数目一般大于等于6，包括不饱和有机酸、一元有机酸和二元有机酸)作为表面活性剂辅助溶胶-凝胶法制备出分散性好的BaTiO₃纳米粉体。

本发明的另一目的是提供一种钛酸钡致密陶瓷的制备方法。由于采用了有机酸作表面活性剂，提高了钛酸钡纳米粉体的均匀性和分散性，从而以该粉体制备出致密陶瓷。

为了达到本发明的目的，技术方案如下：

一种钛酸钡纳米粉体的制备方法，其制备工艺包括如下步骤：

a.将钛酸丁酯与碳原子数≥6的长链有机酸、无水乙醇混合制得钛酸丁酯溶液；

b.将Ba(CH₃COO)₂溶液加至钛酸丁酯溶液中，用醋酸调节溶液pH值为3.0-4.0，通过醇盐的水解和缩聚反应，由均相溶液转变为溶胶，40-80℃凝胶化，干燥得干凝胶粉；

c.焙烧干凝胶粉，球磨得预烧粉体。

上述步骤A中所述的长链有机酸为一元或二元有机酸，一元长链有机酸如：油酸，己酸、癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸；二元长链有机酸如：己二酸、癸二酸。若长链有机酸常温下为液体酸，则直接与钛酸丁酯混合；若长链有机酸为固体酸，则先溶于乙醇，再与钛酸丁酯混合。

上述步骤B中所述的Ba(CH₃COO)₂溶液为Ba(CH₃COO)₂的醋酸水溶液，其中醋酸和水的体积比为10～20∶1；Ba(CH₃COO)₂与钛酸四丁酯的物质的量比为1∶1。

上述步骤C中焙烧温度为700～1200℃，保温1～8小时；焙烧温度最好为800～1000℃，保温1～4小时。

一种钛酸钡陶瓷的制备方法，首先依照上述钛酸钡纳米粉体的制备方法制备得到预烧粉体，预烧粉体然后经干燥、造粒，在1200～1350℃烧结、保温1～8小时；最好在1250℃烧结。

预烧粉体经干燥、造粒后，可于3～10MPa压力下压成直径12.00mm、厚度1.5mm的圆片，1200～1350℃烧结1～8h得到陶瓷片。

本发明不仅适用于BaTiO₃体系，也可广泛应用MgTiO₃、CaTiO₃、SrTiO₃以及它们相关的固溶体等体系。