一种纳米钛酸钡材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料技术领域，具体涉及一种纳米钛酸钡材料及其制备方法。

背景技术

钛酸钡(BaTiO

目前，已知的钛酸钡工业合成方法主要有：固相法、水热法、草酸盐法、柠檬酸盐法等。通常制备粒径300nm及低于300nm的钛酸钡粉体一般需要使用水热法，但是水热法使用高温高压工艺，工艺复杂，成本较高，且合成的粉体往往存在羟基缺陷。近年来，随着二氧化钛和碳酸钡合成技术的提高，使得用固相法工业制备高纯超细(100～300nm)的钛酸钡粉体具有了技术上的可行性，且使用固相法制备的粉体结晶度高，无羟基缺陷，同水热粉比介电常数更高、高温稳定性更好。然而，传统固相法使用二氧化钛和碳酸钡混合后1000℃以上煅烧，得到的钛酸钡粉体粒径较大、易团聚且分散不均匀。

因此，必须对传统方法做出改进，以期获得粒径细、分布均匀的高四方相粉体。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种纳米钛酸钡材料及其制备方法。

具体的，本发明的纳米钛酸钡材料的制备方法，包括：

(1)将二氧化钛与碳酸钡按比例进行混合，得到混合原材料；

其中，所述二氧化钛的平均粒径为0.04～0.22μm，比表面积为7～20m

(2)在所述混合原材料中加入分散剂后放入磨砂机中砂磨；

(3)经烘干、煅烧、再次砂磨、喷雾干燥得到纳米钛酸钡材料。

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，所述二氧化钛的纯度高于99.9％；所述碳酸钡的纯度高于99.7％。

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，所述二氧化钛通过对比表面积为5～9m

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，所述湿法研磨采用的砂磨小球为锆球，小球粒径为0.8～1.2mm，填充率75％，研磨介质为水，转速为800～1400rpm，研磨时间为0.5～2h。

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，所述二氧化钛与所述碳酸钡的混合比例满足Ba/Ti摩尔比是0.997～1.003。

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，所述分散剂为byk190、A40、聚乙二醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种，分散剂质量与混合原材料总质量的比为1‰～5％。

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，步骤(2)中，所述磨砂机采用的砂磨小球为锆球，小球粒径为0.8～1.2mm，研磨介质为水，转速为800～1400rpm，研磨时间为1.0～2.5h。

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，所述煅烧的温度为930～1090℃，煅烧的时间为2～4h。

上述的纳米钛酸钡材料的制备方法，步骤(3)中，所述再次磨砂采用的砂磨小球为锆球，小球粒径为0.3～0.6mm，研磨介质为水，转速为600～1500rpm，研磨时间为0.5～2h。

另一方面，本发明还提供了一种纳米钛酸钡材料，其由上述的纳米钛酸钡材料的制备方法制备而成。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

本发明的纳米钛酸钡粉体，具有粒径小(100～300nm)、结晶度高、晶粒分布均匀的优点。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为实施例1制备的钛酸钡XRD衍射图；

图2为实施例1制备的钛酸钡SEM电镜图。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

具体的，本发明提供的一种纳米钛酸钡材料的制备方法，包括：

(1)将二氧化钛与碳酸钡按比例进行混合，得到混合原材料；

原材料的比表面积范围主要是受普通工业砂磨机处理效果的限制，较粗(比表面小于8m

其中，所述二氧化钛的平均粒径为0.04～0.22μm，比表面积为7～20m

可选的，所述二氧化钛通过对比表面积为5～9m

可选的，所述碳酸钡由八水钡碳化法制备而成，通过调整制备工艺可使得到的碳酸钡的比表面在8～20m

配置浓度为30～56g/L的氢氧化钡溶液，在溶液中加入EDTA、EDTA二钠、乙二醇、聚羧酸盐5040中的一种或几种作为分散剂，分散剂添加量为3‰～3％(若分散剂太少，起不到控制粒径、晶型、降低团聚的目的；若分散剂过多会增加成本，且降低产物主含量)，在室温、搅拌下以0.2L～0.8L/min的流量通入二氧化碳，会逐渐形成碳酸钡沉淀，注意二氧化碳流量不可过快，否则会导致二氧化碳局部过量(会进一步反应，形成的沉淀会部分再溶解)。当无新沉淀生成时，停止通气，继续搅拌陈化2～6小时后，过滤烘干后，打粉机打粉得到碳酸钡粉体。通过调节分散剂的添加量可以调节生成的碳酸钡的比表面积。

优选的，所述二氧化钛与所述碳酸钡的混合比例满足Ba/Ti的摩尔比是0.997～1.003。

为了提高纳米钛酸钡的结晶度，所述二氧化钛的纯度＞99.9％，所述碳酸钡的纯度＞99.7％。

(2)在所述混合原材料中加入分散剂后放入磨砂机中砂磨；

在本发明中，比表面积相近的碳酸钡和二氧化钛与分散剂在砂磨过程中可充分均匀混合。

优选的，所述磨砂机采用的砂磨小球为锆球，小球粒径为0.8～1.2mm，研磨介质为水，转速为800～1400rpm，研磨时间为1.0～2.5h。

优选的，所述分散剂为byk190、A40、聚乙二醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种，借此，可有效避免在混合的过程中产生团聚。

进一步优选的，所述分散剂的质量与所述混合原材料的总质量之比为1‰～5％，当分散剂的加入量过小时，则难以起到分散效果；当分散剂的加入量过大时，会增加分散剂投入成本，另一方面也会增加废水中COD含量。

(3)经烘干、煅烧、再次砂磨、喷雾干燥得到纳米钛酸钡材料。

其中，碳酸钡和二氧化钛在煅烧过程中发生化学反应生成钛酸钡。

优选的，所述煅烧的温度为930～1090℃，煅烧的时间为2～4h。

由于煅烧过程中会有团聚产生，因此需要对煅烧后的产物进行砂磨处理，借此，破坏煅烧过程中产生的团聚，使钛酸钡粒径分布更加均匀。

其中，对煅烧后的产物进行磨砂时不加入分散剂，避免因为分散剂的引入导致钛酸钡主含量的降低。

优选的，对煅烧后的产物进行磨砂时，采用的砂磨小球为锆球，小球粒径为0.3～0.6mm，研磨介质为水，转速为600～1500rpm，研磨时间为0.5～2h。

另一方面，本发明提供了一种纳米钛酸钡材料，其由上述的纳米钛酸钡材料的制备方法制备而成。

经检测，本发明的纳米钛酸钡材料的粒径为100～300nm，结晶度高，晶粒分布均匀。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。下列实施例中使用的原料均为常规市购获得。

实施例1

选用市场上可以购买到的比表面积7～9m

实施例2

选用市场上可以购买到的比表面积7～9m

按照摩尔比1：1的比例将两种比表面接近的原料配料，放入砂磨机湿法混合砂磨，加入分散剂两种byk-190的量为1wt％、聚乙二醇的量为1wt％，使用砂磨小球粒径为0.8mm，小球填充率75％，砂磨速度为1000rpm，2h后出料烘干。在1050摄氏度煅烧4h后，继续二次砂磨，砂磨小球粒径为0.3mm，不加分散剂，砂磨速度1500rpm，1h后出料，喷雾干燥后得到粒径130～180mm的高四方相钛酸钡粉体。

对比例1

选用市场上可以购买到的比表面积7～9的电子级二氧化钛和使用八水钡碳化法制备的比表面积18～21左右的碳酸钡为原材料。

不对原材料二氧化钛进行砂磨处理，按照摩尔比1：1的比例将两种原料配料，放入砂磨机湿法混合砂磨，加入分散剂两种byk-190的量为1wt％、聚乙二醇的量为1wt％，使用砂磨小球粒径为0.8mm，小球填充率75％，砂磨速度为1000rpm，2h后出料烘干。在1050摄氏度煅烧4h后，继续二次砂磨，砂磨小球粒径为0.3mm，不加分散剂，砂磨速度1500rpm，1h后出料，喷雾干燥后，得到的钛酸钡有异常大颗粒存在，平均粒径约为600nm～700nm的混合相(既有四方相也有立方相)钛酸钡粉体。

理化性能测试

其中制备的钛酸钡粒径越小越好，当c/a≥1.01时钛酸钡粉体结晶度高，为纯四方相；当1.000＜c/a＜1.01时为四方相和立方相共存状态，c/a越接近1.01，则四方相含量越高。粒径分布符合单峰正交分布是较理想的结果。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。