[发明专利]锆钛酸钡粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆钛酸钡粉体的制备方法。

背景技术

利用锆钛酸钡(BZT)粉体制作的电子陶瓷，具有良好的介电、压电效应，可以用于制作大容量电容器等，因此在微电子领域得到了广泛的应用。锆钛酸钡粉体的制备方法主要有固相法、溶胶凝胶法和水热法等。

水热法通常先将含Ti、Ba和Zr的原料浆体化制得前驱体，再置于一定温度和一定压力的容器中，通过水热反应合成BZT，再经洗涤、过滤、干燥即可得到BZT粉体。高压水热法由于其特殊的反应条件，合成的BZT粉体具有结晶度高、团聚少、粒径小、粒度分布均匀、分散性好、活性高等优点，但是由于需要在高温高压的条件下合成BZT，故工艺较为复杂，反应条件较为苛刻。现有的常压水热法，虽然避免在高温高压的条件下合成BZT，但是，其反应产物——锆钛酸钡沉淀物需在密闭的容器内冷却，然后再在隔离空气的条件下用去离子水冲洗，洗涤工序对设备的要求高、操作起来较为繁琐。

现有的常压水热法合成的BZT粉体颗粒直径小(100-200纳米)，比表面积大(30平方米/克左右)，分散性欠佳，制备电子陶瓷粉体时很难直接在其中均匀地掺杂，通常需要预先经过高温处理以使其颗粒长大，然后再用物理方法打开煅烧过程中产生的团聚并掺杂，因此导致BZT粉体性能欠佳。

发明内容

基于此，有必要提供一种制备条件温和且粒径大、分散性好的锆钛酸钡粉体的制备方法。

一种锆钛酸钡粉体的制备方法，包括以下步骤：

配制氯氧化锆和四氯化钛的混合溶液，所述氯氧化锆和四氯化钛的混合溶液中Zr⁴⁺与Ti⁴⁺的摩尔比为x：(1-x)，其中x＝0.1～0.2；

向氯化钡溶液中加入碱性固体或者碱性溶液，制备氢氧化钡悬浊液；

在搅拌的条件下，将所述氢氧化钡悬浊液滴加到所述氯氧化锆和四氯化钛的混合溶液中得到混合液，其中所述混合液中Ba/(Ti+Zr)的摩尔比为1.05:1～1.3:1；

向所述混合液中加入碱性溶液，调节所述混合液的pH值为12.8～13.2，得到锆钛酸钡前驱体料液；

将所述锆钛酸钡前驱体料液在70℃～100℃下恒温加热3小时～5小时，得到球形锆钛酸钡；及

将所述球形锆钛酸钡用去离子水洗涤至锆钛酸钡的比表面积为7～11m²/g，Ba/(Ti+Zr)的摩尔比为0.995:1～1.020:1，过滤，干燥后得到锆钛酸钡粉体。

在一个实施例中，所述配制氯氧化锆和四氯化钛的混合溶液的步骤具体为：向去离子水中加入氯氧化锆溶液和四氯化钛溶液，搅拌混合后得到所述氯氧化锆和四氯化钛的混合溶液。

在一个实施例中，所述氯氧化锆和四氯化钛的混合溶液中，所述氯氧化锆的摩尔浓度为≤0.75mol/L。

在其中一个实施例中，将氢氧化钡悬浊液滴加到所述氯氧化锆和四氯化钛的混合溶液中得到混合液，所述氢氧化钡悬浊液中还含有过量的OH^-，所述过量的OH^-与所述Ba元素的摩尔比不低于0.1:1。

在其中一个实施例中，向混合液中加入碱性溶液调节PH值时，所加入的碱性溶液中碱的摩尔量与混合液中Zr⁴⁺、Ti⁴⁺的总摩尔量的比值不超过5.2:1。

在其中一个实施例中，所述锆钛酸钡前驱体料液在70℃～100℃下恒温加热3小时～5小时的操作在搅拌循环的条件下进行，反应装置内有盘旋状循环管、循环管上开有小孔。

在其中一个实施例中，所述球形锆钛酸钡用去离子水洗涤的操作采用搅拌洗涤的方式进行，洗涤前无需冷却，洗涤过程无需隔离空气。

在其中一个实施例中，所述过滤采用压滤的方式，所述干燥温度≤200℃。

在其中一个实施例中，锆钛酸钡的粒径为0.20～0.40μm。

上述锆钛酸钡粉体的制备方法，在常压下以较温和的条件合成了粒径大、分散性好的锆钛酸钡粉体，且后期无需添加BaO、ZrO₂、TiO₂来调整其Ba/(Ti+Zr)、Ti/Zr比例，仅仅通过去离子水洗涤即可控制锆钛酸钡粉体的比表面积及Ba/(Ti+Zr)的摩尔比，反应条件温和且工艺简单；制备得到的锆钛酸钡粉体粒径大、比表面积小且分散性好。