一種水熱法製備鐵酸鉍-鈦酸鋇粉末的方法

2023-09-09 23:24:15 2

專利名稱：一種水熱法製備鐵酸鉍-鈦酸鋇粉末的方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵酸鉍-鈦酸鋇功能陶瓷粉體的製備方法，尤其涉及一種水熱法 製備鐵酸鉍-鈦酸鋇粉末的方法。
背景技術：
壓電陶瓷廣泛應用於軍事、醫療和航天等高溫環境領域，因此，製備具有較高居裡 溫度的壓電陶瓷材料成為研究熱點。鈦酸鋇是一種具有發展前景的無鉛壓電陶瓷，然而其 居裡溫度過低而影響在高溫環境下的使用，應用領域受到極大的限制。鐵酸鉍作為一種典 型的單相鐵電磁體材料，具有很高的鐵電居裡溫度(Te = 8300C )和磁性轉變溫度(Tn = 370°C )，是極少數在室溫以上具有磁電耦合效應的材料。鐵酸鉍-鈦酸鋇固溶體具有較高 的居裡溫度和較寬的穩定溫度區間，作為一種新興的功能陶瓷材料受到廣泛的關注。一般來講，形成固溶體需在高溫條件下進行，因此常見的合成鐵酸鉍_鈦酸鋇固 溶體的方法是固相反應法，如Buscaglia等人(J. Eur. Ceram. Soc. ,26(2006) 3027)利用固 相反應技術製備出鐵酸鉍_鈦酸鋇粉末。但固相反應法必須在高溫條件下進行，耗能高，工 藝流程複雜且其反應速率較低。而水熱法是一種高效的氧化物合成方法，其基本原理是在密閉容器中形成高溫 高壓環境，氫氧化物溶入水的同時析出氧化物，水熱反應在100 200°C的低溫下即可完 成，所製備的粉體直接晶化，不需高溫處理。利用水熱法製備鐵酸鉍或鈦酸鋇粉體較為常 見，公開號為CN101654283A的發明專利提供了一種微波水熱法製備鐵酸鉍粉體的方法，將 FeCl3 ·6Η20和Bi (NO3) 3 ·5Η20溶解於乙二醇在鹼性條件下製備出鐵酸鉍粉體。公開號為CN 101045554Α的發明專利提供了一種水熱合成製備均分散四方相鈦酸鋇納米晶的方法，利用 二氧化鈦或鈦酸丁脂與氫氧化鋇製備出鈦酸鋇粉體。目前，國內外尚未見到在較低溫度下利用水熱法合成鐵酸鉍-鈦酸鋇固溶體陶瓷 粉末的相關報導。

發明內容
本發明目的在於提供一種在低溫條件下利用水熱法合成鐵酸鉍_鈦酸鋇的方法。本發明的目的通過以下方式實現一種水熱法製備鐵酸鉍_鈦酸鋇粉末的方法， 包括以下步驟(1)礦化劑溶液的配製採用化學純的KOH及去離子水配置濃度為4 lOmol/L的 KOH礦化劑溶液；(2)原料的配製按鐵酸鉍-鈦酸鋇的化學計量比稱重並配料以分析純的 Bi (NO3)3 ·5Η20、Fe (NO3) 3 ·9Η20、BaCl2 和 TiCl4 為原料，按照化學式 XBiFeO3-(l_x) BaTiO3 配 料，其中，0. 1 ≤ χ ≤0. 9，混合後滴加鹽酸和去離子水，通過磁力攪拌使原料完全溶解；(3)製備前驅體溶液將步驟(2)所得混合溶液滴加到步驟(1)所得KOH礦化劑溶 液中，繼續磁力攪拌0. 5 1小時，然後超聲振蕩10 30分鐘，得到黃褐色前驅體溶液；
(4)水熱合成將步驟(3)所得前驅體溶液移至耐高溫高壓反應釜中，填充度為 60 80%，密封反應釜，並將反應釜置於溫度為190 210°C的烘箱內保溫6 36小時，使 其充分反應；(5)過濾和乾燥盛有溶液的反應釜隨烘箱自然冷卻，從烘箱內取出反應釜，將溶 液倒至盛有去離子水的燒杯中，過濾並用冰醋酸與去離子水反覆衝洗所得沉澱物，然後在 80 100°C的烘箱內乾燥，得到鐵酸鉍-鈦酸鋇固溶體陶瓷粉末。所述步驟(3)中，混合溶液的滴加速度為1 2滴/秒。所述步驟(4)中的耐高溫高壓反應釜為聚四氯乙烯為內襯的不鏽鋼反應釜。本發明的優點在於1、利用水熱法合成鐵酸鉍-鈦酸鋇的反應時間短、工藝流程簡單、反應易於控制、 合成成本低。2、使用本發明所述的方法製成的鐵酸鉍-鈦酸鋇陶瓷粉體純度高、結晶度好、粒 度分布均勻、重現性好。


圖1為實施例2中所製備的鐵酸鉍_鈦酸鋇產品的XRD圖譜。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進一步說明實施例1採用化學純的KOH及去離子水配置濃度為4mol/L的礦化劑溶液；按鐵酸鉍_鈦 酸鋇的化學計量比稱重並配料以分析純的Bi (NO3) 3 · 5H20、Fe (NO3) 3 · 9H20、BaCl2和TiCl4 為原料，按照化學式0. IBiFeO3-O. QBaTiO3配料、混合，滴加鹽酸和去離子水，通過磁力攪拌 使原料完全溶解；將配製的混合溶液以2滴/秒的速度滴加到前述的KOH礦化劑溶液中，繼 續磁力攪拌1小時，然後超聲振蕩30分鐘，得到黃褐色前驅體溶液；將上述前驅體溶液放入 聚四氯乙烯為內襯的不鏽鋼反應釜中，填充度為80%，密封反應釜，並將反應釜置於210°C 烘箱內保溫6小時，使其充分反應；盛有溶液的反應釜隨烘箱自然冷卻，從烘箱內取出反應 釜，將溶液倒至盛有去離子水的燒杯中，過濾並用冰醋酸與去離子水反覆衝洗所得沉澱物， 然後在90°C烘箱內乾燥，得到鐵酸鉍-鈦酸鋇粉體。實施例2採用化學純的KOH及去離子水配置濃度為lOmol/L的礦化劑溶液；按鐵酸鉍_鈦 酸鋇的化學計量比稱重並配料以分析純的Bi (NO3)3 · 5H20,Fe (NO3)3 · 9H20、BaCl2和TiCl4 為原料，按照化學式0. 5BiFe03-0. 5BaTi03配料、混合，滴加鹽酸和去離子水，通過磁力攪拌 使原料完全溶解；將配製的混合溶液以1滴/秒的速度滴加到前述的KOH礦化劑溶液中， 繼續磁力攪拌0. 5小時，然後超聲振蕩10分鐘，得到黃褐色前驅體溶液；將上述前驅體溶 液放入聚四氯乙烯為內襯的不鏽鋼反應釜中，填充度為60%，密封反應釜，並將反應釜置於 190°C烘箱內保溫24小時，使其充分反應；盛有溶液的反應釜隨烘箱自然冷卻，從烘箱內取 出反應釜，將溶液倒至盛有去離子水的燒杯中，過濾並用冰醋酸與去離子水反覆衝洗所得 沉澱物，然後在80°C烘箱內乾燥，得到鐵酸鉍-鈦酸鋇粉體。圖1為所製備的鐵酸鉍-鈦
4酸鋇產品的XRD圖譜，從圖中可以看出，利用水熱法合成了純淨的鈣鈦礦結構，沒有雜相產生。實施例3採用化學純的KOH及去離子水配置濃度為6mol/L的礦化劑溶液；按鐵酸鉍-鈦酸 鋇的化學計量比稱重並配料以分析純的Bi (NO3) 3 · 5H20、Fe (NO3) 3 · 9H20、BaCl2和TiCl4為 原料，按照化學式0. QBiFeO3-O. IBaTiO3配料、混合，滴加鹽酸和去離子水，通過磁力攪拌使 原料完全溶解；將配製的混合溶液以1滴/秒的速度滴加到前述的KOH礦化劑溶液中，繼續 磁力攪拌0. 5小時，然後超聲振蕩15分鐘，得到黃褐色前驅體溶液；將上述前驅體溶液放入 聚四氯乙烯為內襯的不鏽鋼反應釜中，填充度為70%，密封反應釜，並將反應釜置於200°C 烘箱內保溫36小時，使其充分反應；盛有溶液的反應釜隨烘箱自然冷卻，從烘箱內取出反 應釜，將溶液倒至盛有去離子水的燒杯中，過濾並用冰醋酸與去離子水反覆衝洗所得沉澱 物，然後在100°C烘箱內乾燥，得到鐵酸鉍-鈦酸鋇粉體。以上對本發明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例， 不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明申請範圍所作的均等變化與改進等， 均應仍歸屬於本發明的專利涵蓋範圍之內。
權利要求
一種水熱法製備鐵酸鉍 鈦酸鋇粉末的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)礦化劑溶液的配製採用化學純的KOH及去離子水配置濃度為4～10mol/L的KOH礦化劑溶液；(2)原料的配製按鐵酸鉍 鈦酸鋇的化學計量比稱重並配料以分析純的Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O、BaCl2和TiCl4為原料，按照化學式xBiFeO3 (1 x)BaTiO3配料，其中，0.1≤x≤0.9，混合後滴加鹽酸和去離子水，通過磁力攪拌使原料完全溶解；(3)製備前驅體溶液將步驟(2)所得混合溶液滴加到步驟(1)所得KOH礦化劑溶液中，繼續磁力攪拌0.5～1小時，然後超聲振蕩10～30分鐘，得到黃褐色前驅體溶液；(4)水熱合成將步驟(3)所得前驅體溶液移至耐高溫高壓反應釜中，填充度為60～80％，密封耐高溫高壓反應釜，並將耐高溫高壓反應釜置於溫度為190～210℃的烘箱內保溫6～36小時，使其充分反應；(5)過濾和乾燥盛有溶液的耐高溫高壓反應釜隨烘箱自然冷卻，從烘箱內取出耐高溫高壓反應釜，將溶液倒至盛有去離子水的燒杯中，過濾並用冰醋酸與去離子水反覆衝洗所得沉澱物，然後在80～100℃的烘箱內乾燥，得到鐵酸鉍 鈦酸鋇固溶體陶瓷粉末。
2.根據權利要求1所述的水熱法製備鐵酸鉍-鈦酸鋇粉末的方法，其特徵在於，所述步 驟(3)中，混合溶液的滴加速度為1 2滴/秒。
3.根據權利要求1所述的水熱法製備鐵酸鉍-鈦酸鋇粉末的方法，其特徵在於，所述步 驟(4)中的耐高溫高壓反應釜為聚四氯乙烯為內襯的不鏽鋼反應釜。
全文摘要
本發明提供了一種水熱法製備鐵酸鉍-鈦酸鋇粉末的方法，其特徵在於，屬於水熱合成技術與功能陶瓷領域。採用的方法為利用KOH和去離子水配置濃度為4～10mol/L的礦化劑溶液；以Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O、BaCl2和TiCl4為原料，按照化學式xBiFeO3-(1-x)BaTiO3(0.1≤x≤0.9)配料、混合，滴加鹽酸和去離子水，攪拌均勻使原料完全溶解；將上述混合溶液緩慢滴加到KOH礦化劑溶液中攪拌均勻，得到黃褐色前驅體溶液；將上述前驅體溶液導入反應釜中並將反應釜置於200℃烘箱內保溫6～36小時，自然冷卻後過濾得到反應產物鐵酸鉍-鈦酸鋇粉體。本發明所製備的鐵酸鉍-鈦酸鋇固溶體粉末結晶完好、粒度分布均勻，採用的工藝流程簡單、反應時間短、節約能源。
文檔編號C04B35/26GK101913853SQ20101023285
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月16日 優先權日2010年7月16日
發明者張波萍, 張海龍, 秦紅彬 申請人:北京科技大學