[发明专利]一种钕掺杂钛酸钡纳米陶瓷粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸钡纳米陶瓷粉体的制备方法，尤其涉及一种钕掺杂钛酸钡纳米粉体的溶胶-水热制备法。

背景技术

钛酸钡(BaTiO₃)由于其优异的铁电性，在多层陶瓷电容器(MLCC)、正温度系数电阻(PTCR)、传感器、红外探测等电子器件领域有着广泛的应用。目前高介电的钛酸钡陶瓷已基本满足X7R（-25°~125°C，∆C/C≤15%）型电容器的应用要求，对于高性能的陶瓷电容器现已提出了X8R（-50°~150°C，∆C/C≤15%）要求，这就需要对钛酸钡进行改性，提高其介电性及电容温度稳定系数。

自发现钛酸钡陶瓷具有较高的介电常数以来，国内外学者就已经对其掺杂改性做了大量研究工作，以提高其介电常数和介温稳定性，使其满足电子工业高精度、高可靠性、大容量和小型化的要求。其中稀土元素的改性作用十分引人注目，由于三价的稀土离子半径在钡离子和钛离子之间，可以取代A或B位，从而控制钛酸钡的晶体结构，实现掺杂材料结构的设计与性能控制。(Lu, Toda et al. 2006) 稀土离子掺杂可抑制晶粒生长，提高室温下的介电常数，降低容温变化率，提高耐压强度，并且稀土对提高抗还原型介电材料的寿命有极其重要的作用。

最常见的制备稀土钕掺杂钛酸钡陶瓷粉体的方法是传统固相烧结法，即将BaCO₃、TiO₂、Nd₂O₃等按一定的摩尔比混合并于1250~1400°C的高温条件下锻烧(Lee, Jo et al. 2012)。但传统固相烧结法得到的粉体纯度低，粒度分布不均，进行微量元素掺杂更易导致掺杂不均匀。一般湿法合成钛酸钡纳粉体的方法有溶胶-凝胶法，水热法，共沉淀法等。溶胶-凝胶法得到的粉体均匀，组分易控制，但需要进一步煅烧处理，会导致颗粒的团聚与长大。而水热法能直接得到超细的钛酸钡纳米粉体，避免了煅烧过程中发生的硬团聚，采用水热法合成钕掺杂的钛酸钡陶瓷粉体，具有合成温度低、纯度高、结晶性好、粉体粒径分布均匀、而且组分均匀易控制等优点，同时合成的钛酸钡纳米粉体的活性较高，在较低的温度下可以烧成得到致密的钛酸钡陶瓷。采用溶胶-水热法合成超细的钕掺杂钛酸钡纳米粉体对于提高钛酸钡基陶瓷的介电性和低温烧结精细陶瓷都有很高的使用价值。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种利用溶胶-水热法制备钕掺杂钛酸钡纳米陶瓷粉体的方法，该方法避免了传统固相法引起的掺杂元素分布不均匀，在较低温度下即可以得到高纯、超细的单分散的钕掺杂钛酸钡纳米陶瓷粉体。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的钕掺杂钛酸钡纳米陶瓷粉体的制备方法包括以下步骤：

步骤一：称取无水乙醇，按无水乙醇的体积分成两部分，将其中2/3体积的无水乙醇与Ti(C₄H₉O)₄粉体充分混合配成原溶液，再将其中1/3体积的无水乙醇与适量的HNO₃和去离子水充分混合配成滴加溶液，其中各反应物摩尔比为Ti(C₄H₉O)₄：C₂H₅OH：H₂O：HNO₃=1：18：3：0.06；

步骤二：边搅拌步骤一制备得到的原溶液，边缓慢向其中滴入步骤一制备得到的滴加溶液，形成TiO₂溶胶；

步骤三：按照乙酸钡与TiO₂摩尔量之比为2~4，称取一定量的乙酸钡放入聚四氟乙烯高压反应釜内衬中，并加入适量的去离子水；

步骤四：称取步骤二所得的TiO₂溶胶倒入步骤三中的聚四氟乙烯高压反应釜内衬中，得到混合液；

步骤五：向步骤四中得到的混合液中加入KOH溶液，调节溶液的碱度至1~6mol/L；

步骤六：将Nd₂O₃溶解在稀硝酸中配制成浓度为0.1mol/L的Nd(NO₃)₃溶液，再向步骤五中调节碱度后的混合液中加入适量的Nd(NO₃)₃溶液，使整个内衬中的Nd掺量在0.5mol% ~ 3mol%之间，得到混合前驱体；