[发明专利]一种制备CaBi4Ti4O15纳米粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料领域，特别涉及一种制备CaBi₄Ti₄O₁₅（CBT）纳米粉体的方法。

背景技术

CaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷具有高居里温度（T_C＝790℃）和击穿强度、低介电损耗、大各向异性、低老化率等特点，在高温铁电压电领域极具应用潜力，但仍存在一些不足：其特殊的晶体结构使得该类材料难以极化，压电活性低；在高温烧结过程中存在铋挥发问题，影响陶瓷的致密度；由于铋挥发可能导致材料中大量氧空位的产生，使材料性能恶化。因此，在保持高居里温度的条件下，进一步改善压电性能，降低烧结温度，减少铋挥发，保持组成的化学计量比，并对掺杂改性进行规律性的研究，成为该类材料研究的重要内容。

降低陶瓷烧结温度的有效途径之一是制备纳米粉体，至今采用湿化学法制备CaBi₄Ti₄O₁₅纳米粉体的研究较少，且合成温度较高。S.P.Gaikwad等（S.P.Gaikwad等，J.Mater.Sci:Materials in Electronics,2005,16:229-231）采用共沉淀法制备CBT前驱体，但要在600℃热处理后才可以合成单一CBT晶相的纳米粉体。A.V.Murugan等（A.V.Murugan等，Ceram.Int.,2007,33:569-571）采用柠檬酸凝胶法，在700℃的热处理温度下合成了单相CBT纳米材料。而采用溶胶凝胶法、以乙酸钙、硝酸铋、钛酸丁酯、乙二醇等为起始材料所得凝胶，要在800℃热处理才能完全合成纯CBT晶相（何新华等，稀有金属材料与工程，2010年，39（S2）：376-379）。

水热法具有晶体生长率高、缺陷少，纯度高、合成温度低等优点，在纳米粉体的制备中颇受青睐。目前采用水热法已经成功合成出钛酸铋（Bi₄Ti₃O₁₂）纳米粉体，但尚未发现采用该种方法合成CaBi₄Ti₄O₁₅纳米粉体的报道。CaBi₄Ti₄O₁₅含有三种金属离子，在水热过程中控制各反应离子之间按化学计量比相结合极其困难，单纯采用水热法难以得到具有单一组成的晶相，所得粉体通常含有氧化铋、不同金属离子比例的钛酸铋等另相。溶胶凝胶（Sol-Gel）--水热法是近年来开发的一种材料合成新工艺，是在水热法基础上的改进。Sol-Gel技术由于可实现分子量级的均匀混合，具有易于精确控制化学组分和掺杂，特别适合于多组份金属氧化物的制备。将溶胶凝胶法和水热法相结合，保留了各自的优点，所合成的粉体纯度高、粒径小且分布均匀、分散性好、晶粒粒型完整、成分可控。采用该方法可以成功应用于制备含有两种金属离子的氧化物如钛酸铋（Z.Chen等，Journal of Alloys and Compounds,2010,497(1):312-315.）。但由于CaBi₄Ti₄O₁₅化学组成的复杂性，目前尚未发现采用该类方法合成主晶相为CaBi₄Ti₄O₁₅纳米粉体的报道，需要对其做进一步的改进研究。

发明内容

为了解决现有技术中CaBi₄Ti₄O₁₅材料合成温度高、晶相结构复杂的缺点，本发明的目的在于提供一种制备CaBi₄Ti₄O₁₅（CBT）纳米粉体的方法，该方法具有合成温度低、结晶良好、主晶相为CaBi₄Ti₄O₁₅纳米粉体的特点；本发明所采用的溶胶凝胶法--两次水热法制备CaBi₄Ti₄O₁₅纳米粉体的合成温度为260～280℃。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种制备CaBi₄Ti₄O₁₅纳米粉体的方法，采用溶胶凝胶法和两次水热法制备，第一次水热反应温度为180～200℃，第二次水热反应温度为260～280℃，具体包括以下步骤：