鈦酸鋇的製法的製作方法

2023-09-18 08:37:10 1

專利名稱：鈦酸鋇的製法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦酸鋇的製法，特別是指一種利用化學共沉澱法製備鈦酸鋇的方法。
背景技術：
近年來，由於鈣鈦礦結構的鈦酸鋇陶瓷粉體具有極佳的介電性質，可廣泛用於製造高容量電容器及熱敏元件等電子元件，因此，一種用於製備高純度及高產率的鈦酸鋇的方法為目前業界極欲發展的方法。
現有用於製備鈦酸鋇粉體的方法大致分為以下三種(1)高溫固相方法主要是將二氧化鈦(TiO2)粉體與碳酸鋇(BaCO3)粉體進行混合，接著經由球磨方式加以充分混合，最後再經過高溫培燒，便製得鈦酸鋇粉體。但是，此方法所製得產物由於需要經過多次球磨及混合，所以易混入一些雜質，致使產物的純度以及產率皆低於90％，而產物更容易發生無法控制鈦鋇比、顆粒粗細不均、易產生團聚現象以及性質(尤其是介電性質)不穩定等問題。
(2)共沉澱方法首先將四氯化鈦(TiCl4)及一水合氯化鋇(BaCl2·H2O)溶於水中，接著再加入草酸作為共沉澱劑，以產生草酸氧鈦鋇(BaTiO(C2O4)2)，最後再讓草酸氧鈦鋇進行高溫培燒，以製得鈦酸鋇粉體。但是，此方法所使用的四氯化鈦為強酸，在運輸及保存上皆較為困難，且加水稀釋時，需於低溫下進行，否則可能會發生爆炸，因此，目前業界皆不傾向使用四氯化鈦。
(3)水熱法利用鈦酸鹽作為原料，有機物作為螯合劑，並以醇作為溶劑，進行均質凝膠的製備，接著再於中溫高壓反應爐中進行水熱反應，最後製得鈦鋇比接近1的鈦酸鋇。但是，此方法首先必須使用大量有機溶劑來製備均質凝膠，因而有環保上的疑慮，加上水熱反應的條件需於380-450℃之間操作，導致反應槽的壓力需維持在200atm以上，因此，使用此方法的設備成本較高。
由此可知，對於一種可獲得純度及產率較佳、以及產業上利用價值高的鈦酸鋇，並具備成本低廉以及安全性高等優點的鈦酸鋇的製法，仍存在需求。

發明內容
為了有效解決現有製法的各項缺點，本發明嘗試共沉澱方法，並使用一成本較低廉且安全性高的起始物來製備鈦酸鋇，所以，本發明提供一種鈦酸鋇的製法，包含以下步驟(a)調製含鈦化合物的水溶液；(b)將該含鈦化合物的水溶液與氯化鋇混合，以獲得第一混合漿料；(c)將該第一混合漿料過濾，以獲得氯化氧鈦(TiOCl2)水溶液；(d)於弱鹼或弱酸的條件下，將鋇源加入該氯化氧鈦水溶液中，以獲得第二混合漿料；(e)將該第二混合漿料予以過濾，以獲得含有鈦及鋇的固體混合物；及(f)將該固體混合物於適當溫度下進行加熱，以製得鈦酸鋇粉末。
由於現有製法所製得的鈦酸鋇大多為介電性質較差的立方晶相(cubic form)，以致使其在產業上利用價值較低。所以，在本發明的製法中，利用成本較低廉且安全性高的含鈦化合物做為起始物，也就是草酸氧鈦鉀(K2TiO(C2O4)2)或硫酸氧鈦(TiO(SO4))，接著再利用共沉澱方式，加入可與上述含鈦化合物產生沉澱的氯化鋇，而獲得氯化氧鈦水溶液前趨物。然後在弱酸或弱鹼的條件下，將鋇源加入該氯化氧鈦水溶液中，可獲得含有鈦及鋇的固體混合物，最後只需進行一加熱步驟，以獲得純度及產率較佳的鈦酸鋇粉末，且鈦酸鋇為產業上利用價值高的正方晶相(tetragonal form)。因此，本發明提供一種安全性極高、產物性質較佳且穩定、不易產生雜質以及成本低廉的鈦酸鋇製法。
發明詳細說明因此，本發明提供一種鈦酸鋇的製法，包含以下步驟(a)調製一含鈦化合物的水溶液；(b)將該含鈦化合物的水溶液與氯化鋇混合，以獲得第一混合漿料；(c)將該第一混合漿料過濾，以獲得氯化氧鈦水溶液；(d)於弱鹼或弱酸的條件下，將鋇源加入該氯化氧鈦水溶液中，以獲得第二混合漿料；(e)將該第二混合漿料過濾，以獲得含有鈦及鋇的固體混合物；及(f)將該固體混合物於適當溫度下進行加熱，以製得鈦酸鋇粉末。
在本發明的方法中，步驟(d)可選擇性地於弱鹼條件或弱酸條件下進行，以下將分別予以說明步驟(d)於弱鹼的條件下進行時當本發明的製法於弱鹼條件下進行時，步驟(a)的含鈦化合物優選為草酸氧鈦鉀或硫酸氧鈦，而於本發明的一具體例中，該含鈦化合物為草酸氧鈦鉀。
優選地，以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(b)的氯化鋇(BaCl2)的用量範圍是介於60至80份之間。
因為陰離子基團可能會干擾後續步驟以及最終產物的生成，因此，在步驟(b)中，加入氯化鋇的主要目的在於去除步驟(a)的含鈦化合物的陰離子基團，也就是草酸根離子(C2O42-)或硫酸根離子(SO42-)，使得該含鈦化合物與氯化鋇進行反應，會生成含鋇沉澱物以及氯化氧鈦水溶液。
優選地，步驟(d)是由步驟(d1)及步驟(d2)所構成，步驟(d1)是將一具有羥基(OH)的鹼加入步驟(c)的氯化氧鈦水溶液中，以獲得pH值介於7至9之間的漿液；步驟(d2)是將鋇源加入步驟(d1)的漿液中，以獲得第二混合漿料。
步驟(d1)的具有羥基的鹼(如下式的X-OH)必須與步驟(c)所獲得的氯化氧鈦水溶液進行反應，並產生由氯化物以及偏鈦酸所構成的漿液，其反應過程如下
值得一提的是，依據起始物的性質，步驟(d1)的具有羥基的鹼可選擇性地直接使用固體，或事先調配成水溶液來使用，且步驟(d1)所獲得的漿液的pH值優選是介於7至9之間。
而優選地是，步驟(d1)的具有羥基的鹼為氫氧化鉀(KOH)，且以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(d1)的氫氧化鉀的用量範圍是介於10至20份之間。
步驟(d2)的鋇源可為任何現有的含鋇化合物，優選地，步驟(d2)的鋇源為氫氧化鋇(Ba(OH)2)或碳酸鋇(BaCO3)；而於本發明的一具體例中，該步驟(d2)的鋇源為氫氧化鋇，且以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(d1)的氫氧化鋇的用量範圍是介於40至60份之間。
於本發明的一具體例中，步驟(e)的含鈦及鋇的固體混合物是由偏鈦酸及氫氧化鋇所構成。
優選地，步驟(f)的溫度是介於700至950℃之間。
該步驟(d)於弱酸的條件下進行時當本發明的製法於弱酸條件下進行時，步驟(a)的含鈦化合物優選為硫酸氧鈦。
值得一提的是，步驟(a)的含鈦化合物的水溶液較佳於調製後立即使用，且放置時間不宜過久。
優選地，以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(b)的氯化鋇的用量範圍是介於100至130份之間。
優選地，步驟(d)是由步驟(d3)及步驟(d4)所構成，步驟(d3)是將該鋇源加入步驟(c)的氯化氧鈦水溶液中，以獲得溶液，而步驟(d4)是將草酸(H2C2O4)水溶液加入步驟(d3)的溶液中，以獲得第二混合漿料。
優選地，步驟(d3)的鋇源為氯化鋇，且以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(d3)的氯化鋇的用量範圍是介於100至120份之間。
優選地，步驟(d4)的草酸水溶液的濃度範圍是介於10重量％至30重量％之間，且用量範圍是介於400至600份之間。
於本發明的一具體例中，步驟(e)的含鈦及鋇的固體混合物是由草酸基氧鈦鋇(BaTiO(C2O4)2)所構成。
優選 地，步驟(f)的溫度為1250℃以上。
於本發明的製法中，無論於弱鹼或弱酸的條件下，所製得的鈦酸鋇的鈦鋇比接近1，且皆為正方晶相。


下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明圖1是XRD圖，說明本發明的鈦酸鋇的製法的一較佳實施例所製得的鈦酸鋇粉末的結晶態。
圖2是XRD圖，說明本發明的鈦酸鋇的製法的另一較佳實施例所製得的鈦酸鋇粉末的結晶態。
圖3是SEM圖，說明本發明的鈦酸鋇的製法的另一較佳實施例所製得的鈦酸鋇粉末的狀態。
具體實施例方式
本發明將就以下實施例來作進一步說明，應了解的是，所述實施例只為例示說明的用途，而不應被視為對本發明實施的限制。
化學品來源1.草酸氧鈦鉀(K2TiO(C2O4)2)由臺灣明揚公司所提供。
2.酸氧鈦(TiO(SO4))由臺灣明揚公司所提供。
3.氯化鋇(BaCl2)由臺灣明揚公司所提供。
4.氫氧化鉀(KOH)由臺灣明揚公司所提供。
5.氫氧化鋇(Ba(OH)2)由臺灣明揚公司所提供。
實施例實施例1(a)將100份的草酸氧鈦鉀調製成草酸氧鈦鉀水溶液；(b)將該草酸氧鈦鉀水溶液與70份的氯化鋇混合，以獲得第一混合漿料，此步驟的反應式如下；(c)將該第一混合漿料過濾，以獲得氯化氧鈦水溶液；(d1)將16份的氫氧化鉀加入該氯化氧鈦水溶液中，以獲得pH值介於7至9之間的漿液，此步驟的反應式如下；(d2)將49份的氫氧化鋇加入該步驟(d1)的漿液中，以獲得第二混合漿料；(e)將該第二混合漿料過濾，以獲得由偏鈦酸及氫氧化鋇所構成的固體混合物；及(f)將該固體混合物分別於550℃、700℃、900℃及1100℃的溫度下進行加熱，以製得鈦酸鋇粉末，此步驟的反應式如下。
實施例1所獲得的鈦酸鋇粉末利用X射線繞射光譜儀(XRD，型號為RIGAKUD/MAX-3C0D-2988N)進行分析，結果如圖1所示，並利用場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM，由日本HITACHI公司製造，型號為HITACHI-S4300)進行分析，結果如圖3所示。
實施例2(a)將100份的硫酸氧鈦調製成硫酸氧鈦水溶液；(b)將該硫酸氧鈦水溶液與117份的氯化鋇混合，以獲得第一混合漿料，此步驟的反應式如下；(c)將該第一混合漿料過濾，以獲得氯化氧鈦水溶液；(d3)將110份的氯化鋇加入該氯化氧鈦水溶液中，以獲得溶液；(d4)將475份的濃度為20％的草酸水溶液加入步驟(d3)的漿液中，以獲得第二混合漿料；(e)將該第二混合漿料過濾，以獲得由草酸基氧鈦鋇所構成的固體混合物，此步驟的反應式如下；及(f)將該固體混合物於1250℃的溫度下進行加熱，以製得鈦酸鋇粉末，此步驟的反應式如下。
實施例2所獲得的鈦酸鋇粉末利用X射線繞射光譜儀進行分析，結果如圖2所示。
結果由圖1及圖2中，明白顯示實施例1及2所製得的鈦酸鋇皆為產業上利用價值高的正方晶相。而圖3則顯示實施例1所製得的鈦酸鋇的狀態。
綜上所述，本發明的鈦酸鋇的製法使用安全性高且價格較低的含鈦化合物，也就是草酸氧鈦鉀或硫酸氧鈦，作為起始物，並利用化學共沉澱法且於弱酸條件或弱鹼條件下進行製備，所製得的鈦酸鋇粉末具備不錯的純度及產率，且為商業上利用價值高的正方晶相。
惟以上所述者，只為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，也就是大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
權利要求
1.一種鈦酸鋇的製法，其特徵在於其包含以下步驟(a)調製一含鈦化合物的水溶液；(b)將該含鈦化合物的水溶液與氯化鋇混合，以獲得第一混合漿料；(c)將該第一混合漿料過濾，以獲得氯化氧鈦水溶液；(d)於弱鹼或弱酸的條件下，將鋇源加入該氯化氧鈦水溶液中，以獲得第二混合漿料；(e)將該第二混合漿料過濾，以獲得含有鈦及鋇的固體混合物；及(f)將該固體混合物於適當溫度下進行加熱，以製得鈦酸鋇粉末。
2.如權利要求1所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d)是於弱鹼的條件下進行。
3.如權利要求2所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(a)的含鈦化合物為草酸氧鈦鉀或硫酸氧鈦。
4.如權利要求3所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(b)的氯化鋇的用量範圍是介於60至80份之間。
5.如權利要求4所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d)是由步驟(d1)及步驟(d2)所構成，步驟(d1)是將具有羥基的鹼加入步驟(c)的氯化氧鈦水溶液中，以獲得pH值介於7至9之間的漿液，而步驟(d2)是將鋇源加入步驟(d1)的漿液中，以獲得第二混合漿料。
6.如權利要求5所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d1)的具有羥基的鹼為氫氧化鉀。
7.如權利要求6所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(d1)的氫氧化鉀的用量範圍是介於10至20份之間。
8.如權利要求6所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d2)的鋇源為氫氧化鋇或碳酸鋇。
9.如權利要求8所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d2)的鋇源為氫氧化鋇。
10.如權利要求9所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(d2)的氫氧化鋇的用量範圍是介於40至60份之間。
11.如權利要求9所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(e)的該含鈦及鋇的固體混合物是由偏鈦酸及氫氧化鋇所構成。
12.如權利要求11所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(f)的溫度是介於700至950℃之間。
13.如權利要求1所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d)是於弱酸的條件下進行。
14.如權利要求13所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(a)的含鈦化合物為硫酸氧鈦。
15.如權利要求14所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，該步驟(b)的氯化鋇的用量範圍是介於100至130份之間。
16.如權利要求15所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d)是由步驟(d3)及步驟(d4)所構成，步驟(d3)是將該鋇源加入步驟(c)的氯化氧鈦水溶液中，以獲得溶液，而步驟(d4)是將草酸水溶液加入步驟(d3)的溶液中，以獲得第二混合漿料。
17.如權利要求16所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d3)的鋇源為氯化鋇。
18.如權利要求17所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(d3)的氯化鋇的用量範圍是介於100至120份之間。
19.如權利要求18所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(d4)的草酸水溶液的濃度範圍是介於10重量％至30重量％之間。
20.如權利要求19所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於以步驟(a)的含鈦化合物的重量為100份來計算，步驟(d4)的草酸水溶液的用量範圍是介於400至600份之間。
21.如權利要求20所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(e)的含鈦及鋇的固體混合物是由草酸基氧鈦鋇所構成。
22.如權利要求21所述的鈦酸鋇的製法，其特徵在於步驟(f)的溫度為1250℃以上。
全文摘要
一種鈦酸鋇的製法，包含以下步驟(a)調製含鈦化合物的水溶液；(b)將該含鈦化合物的水溶液與氯化鋇混合，以獲得第一混合漿料；(c)將該第一混合漿料過濾，以獲得氯化氧鈦水溶液；(d)於弱酸或弱鹼的條件下，將鋇源加入該氯化氧鈦水溶液中，以獲得第二混合漿料；(e)將該第二混合漿料過濾，以獲得含有鈦及鋇的固體混合物；及(f)將該固體混合物於適當溫度下進行加熱，以製得鈦酸鋇粉末。
文檔編號C01G23/00GK1865153SQ20051007261
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月16日 優先權日2005年5月16日
發明者劉定忠 申請人:通用應材科技股份有限公司