[发明专利]一种铌酸钾粉体的固相制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种铌酸钾粉体的固相制备方法。

背景技术

铌酸盐系无铅压电陶瓷，主要是指碱金属铌酸盐和钨青铜结构铌酸盐两类压电陶瓷。在发现钛酸钡陶瓷压电性后，人们先后合成了NaNbO₃、KNbO₃、LiNbO₃等类钙钛矿型化合物，这类化合物的通式为ANbO₃(A为Na、K、Li)。PZT陶瓷由于含有易挥发的有毒物质PbO，它不仅造成了严重的环境污染，而且容易导致陶瓷中化学计量比的改变，从而大大降低了工艺和产品的稳定性。相比于PZT等铅基压电陶瓷，碱金属铌酸盐陶瓷具有下列特点：介电常数小，压电性高，频率常数大，密度小，因此多年来常被作为电光材料。因为它为无铅材料，被认为是一种具有广泛前景的压电材料，常用于倍频和混频、光波导和全息存储领域，成为无铅和可调压电响应同步传感器的替代材料，同时铌酸钾在生物适合传感器中有着潜在应用。

铌酸钾粉体主要是通过水热合成法，溶胶-凝胶法，聚合配合物法，固态反应合成法，以及其它反应法等得以制备的。专利200910114136中采用五氧化二铌和高浓度的氢氧化钾为原料水热制备铌酸钾粉体，该方法虽然不需锻烧，然而有其不可忽视的如低温高压、KOH浓度大、反应时间长等缺点。溶胶-凝胶法原料价格比较昂贵且大都为有害有机物；反应大多需要在隔绝氧气和水的条件下进行且需要较长的反应时间，不易于控制反应条件，在干燥过程中会逸出许多气体及有机物。专利200410043777.2中用采用水合氧化铌为铌源，用溶胶凝胶法制备铌酸钾锂粉体，该方法制得的铌酸钾锂粉体较细，但是该方法利用HF溶解Nb₂O₅制备的可溶性铌盐中容易残留氟离子，导致最终的铌酸盐粉体中也残留氟离子，降低了粉体的光电性能。聚合配合物法中乙二醇的用量也在很大程度上影响到了溶胶的稳定性。与此同时，反应中的高温灼烧也成为其在应用中的一大瓶颈。传统固相法中原料混合不均导致的反应不完全常常混有杂相，且反应温度高生产出的粉体颗粒较大，粒度及组成分布不均匀等。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种以不同的钾源与铌源为原料来制备铌酸钾粉体的方法。

其具体步骤为：

按照既定质量比称取钾源和铌源，将两者混合并添加一定体积的溶剂，使得钾源和铌源混合均匀，在避光条件下研磨干燥得到前驱体；将得到的前驱体置于刚玉坩埚中于一定温度下进行煅烧，煅烧一段时间后，冷却至室温，研磨至过325目筛，即得到铌酸钾锂粉体；

所述的，溶剂的体积用量与钾源的质量比为0.5ml/g～2ml/g；

优选的，钾源为醋酸钾、硝酸钾、甲酸钾、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或几种，铌源为五氧化二铌、草酸铌、氢氧化铌中的一种或几种；

优选的，钾源与铌源的质量比2:1-1:7；

优选的，煅烧温度是400-800℃；

优选的，煅烧时间为3-5h；

优选的，溶剂为去离子水、甲醇、乙醇中的一种或几种;

优选的，避光条件为黑暗处或波数为400～500cm^-1的光照射条件下。

本发明与传统的工艺相比，具有以下特点：

（1）制备前驱体的过程中，在钾源和铌源的混合物中添加有溶剂，而传统固相法中只是简单的采用机械混合的方法，难以保证多相混合的均一性，从而导致产物中颗粒分布不均，以及杂相存在的问题。采用溶剂可以使反应物处于类似均一相中从而得到混合均匀的前驱体，根据原料与溶剂的溶解度关系，为了使得原料充分溶解，形成均一相，所以限定溶剂的体积用量与钾源的质量比为0.5ml/g～2ml/g，0.5ml/g为最低溶剂用量，低于此含量无法保证均一相的生成，从而影响焙烧后产品的粒径和晶相，高于2ml/g时由于溶解时间过长，不利于前躯体的生成且造成不必要的浪费。

（2）不需要复杂的反应试剂和苛刻的反应条件，在制备前驱体的过程当中，只需选定钾源与铌源确保其混合均匀即可，不需要其它的复杂过程。

（3）合成温度显著降低，本发明的煅烧温度在400-800℃范围内，煅烧时间为3-5h，而传统固相法中煅烧温度通常在800℃煅烧5小时及以上，温度是影响颗粒尺寸的主要原因，而传统的固相法由于煅烧温度过高导致颗粒尺寸较大，在这里我们的反应温度明显低于传统固相法，所以利用本发明的制备方法所制备的铌酸钾粉体的粒度明显减小，可达到纳米级；另外，本法所得的前驱体具有较强的活性中心，从而保证了在较低温度下得到纯相铌酸钾粉体。