[发明专利]制备复合金属氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合金属氧化物的制备方法。

背景技术

复合金属氧化物因其独特的结构和性能，具有十分广泛的应用，如介电材料、压电材料、热电材料、电极材料、催化剂等。复合氧化物粉体的形貌结构与材料的性能密切相关，因此粉体的制备方法对材料性能有着非常重要影响。同时制备高纯超细的粉体也是制备高性能材料的关键。

传统的复合金属氧化物制备方法为固相反应法，该方法工艺简单，易工业化，适用元素范围非常广，至今仍被广泛采用。但固相反应法需要经过多次研磨和高温焙烧，因此得到的粉体组分不均匀，粉体的颗粒尺寸和形态不易控制，且在研磨过程可能会引入杂质。近年来，固相反应法又有了新的发展，如高能球磨法等。专利CN1868967A提供了一种高能机械研磨制备复合氧化物的方法，该方法能制备出纳米级的复合氧化物，且大大降低了焙烧温度，但仍不能避免在研磨过程中引入杂质的可能，而且该方法对于所用的原料的纯度、粒度及研磨介质要求很高。

鉴于固相法的缺点，湿化学法被逐步开发出来，该方法能在较低温度下制备出高纯、超细的复合氧化物粉体，这些方法包括共沉淀法、水热法，溶胶凝胶法等。共沉淀法具有方法简单、原料可选范围广、成本低，但由于各金属离子可能形成单独沉淀粒子，很难达到均匀混合。水热法需要在高温高压下进行，因此对设备要求较高，而且对制备多组分复合金属氧化物有一定困难。溶胶凝胶法能实现反应物分子或原子水平的均匀混合，从而能在较低的温度下合成高纯、超细的粉体，但一般该方法需采用金属醇盐或金属有机物为原料，大大的提高了生产成本，而且适用的元素范围变窄。

日本专利JP94021035-B2公开了一步沉淀法制备Ba、Sn、Ti的复合氧化物：首先将Sn、Ti的化合物混合，再加入Ba盐，之后在强碱溶液中(如NH₄OH、KOH)反应，得到BaTiO₃和BaSn(OH)₆的混合物，再经热处理后得到BaSn_xTi_1-xO₃。但是，该方法中的碱若使用KOH或NaOH，会引入阳离子杂质，对最终产物的纯度产生不良影响，若使用有机强碱，原料成本较高，不利于大规模生产；而若使用NH₄OH，则碱性不够强，沉淀出来的物质很难得到BaTiO₃和BaSn(OH)₆。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述问题，研究出能制备高纯复合金属氧化物的经济的方法。本发明提供了一种湿化学方法，包括：

1)提供第一金属元素的水溶液，该第一金属元素的氧化物或氢氧化物是不溶于水的，主要包括过渡金属元素、Mg、Al、Ga、Sn、Pb、Sb、Bi等或者其中任意两种的混合物。

因此所述的第一金属元素的水溶液可以是过渡金属元素、Mg、Al、Ga、Sn、Pb、Sb或者Bi的盐的水溶液；比如过渡金属元素、Mg、Al、Ga、Sn、Pb、Sb或者Bi的醋酸盐溶液、硝酸盐溶液或者卤化物溶液；特别可以是四氯化钛、硫酸钛、醋酸锆、二氯氧锆、硝酸氧锆、醋酸钇、醋酸锰、醋酸钕溶液或者其中至少两种以上溶液的混合物。

同时因为下一步骤中要用水洗去铵盐，所以该步骤中的第一金属的氧化物或者氢氧化物不溶于水。

2)将上述溶液加入到足够量的氨水中使金属离子完全沉淀。

加入的过程中可以进行搅拌。本步骤中由于是将混合的均一溶液加入到足够量的氨水中，不同的金属离子同时接触到过量的碱，就能够迅速同时沉淀，不会出现离子偏析，因此可以得到组分均一的金属化合物沉淀。值得说明的是，在本步骤中，普通的技术人员完全可以根据溶液中金属离子的量来简单、粗略计算出氨水的用量，然后在此基础上保持氨水适当的过量就能确保有足够量的氨水使金属离子完全沉淀。

3)清洗沉淀，洗去其中的铵盐。

这是因为使用氨水将各种金属离子沉淀的同时会产生大量铵盐，铵盐会与随后第4)步中的碱反应，从而降低了反应体系的pH值，严重影响复合金属氧化物的生成，所以在上一步骤后，必需清洗复合金属化合物沉淀，洗去其中的铵盐。

4)将沉淀进行充分搅拌，成为浆料，然后加入到已加热的金属碱溶液中，搅拌、加热回流反应形成前驱体浆料。