专利名称：常压水热合成掺杂铈钛酸钡陶瓷粉体的方法
技术领域：
本发明涉及多功能电子陶瓷材料——钛酸盐陶瓷粉体的制备方法，尤其涉及一种常压水热合成掺杂钛酸盐——掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3陶瓷粉体的方法。
背景技术：
钙钛矿型钛酸盐(主要为BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、CaTiO3)是一种具有较高介电常数的电介质材料、光电材料，具有高容量、高色散频率、低介电耗损、低温度系数的特点。单一钛酸盐材料具有混合电子和离子电导，使得它在高温超导薄膜、催化、高温固体氧化物燃料电池电极材料、电化学传感器、多种氧化物薄膜衬底材料、特殊光学窗口及高质量的溅射靶材等方面应用广泛。掺杂或复合钛酸盐陶瓷材料具有多功能的特性，制造的产品可以分别具有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧，高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相容性等特点，是一类先进的多功能陶瓷材料。
钛酸盐在电子元器件方面用途广泛，被誉为“电子工业的支柱”。如用于制造芯片的陶瓷绝缘材料、陶瓷基板材料、陶瓷封装材料以及用于制造电子器件的电容器陶瓷、压电陶瓷、铁氧体磁性材料等。对钛酸盐进行掺杂和复合还可以得到用于制造介质谐振器，微波集成电路基片、元件等的微波陶瓷。钛酸盐基陶瓷还可用于制造对温度、压力、湿度、气氛、光等的敏感性陶瓷材料。对钛酸盐进行氧化物掺杂，可以得到热敏、压敏、湿敏材料。钛酸铅陶瓷的掺杂和复合改性则可以获得性能很好的压电陶瓷。双功能掺杂钛酸盐陶瓷材料则同时具有电容及电压敏特性，可用于浪涌吸收和过电压保护。80年代初，日本太阳诱电公司和TDK公司，美国贝尔实验室以及荷兰菲利蒲公司分别研制出钛氧化物，如SrTiO3和TiO2电容-电压敏电阻器，其功能相当于一只电容器和一只压敏电阻器并联的效果。因此被称为电容-电压敏双功能材料。
钛酸盐及掺杂钛酸盐的制备方法主要有高温固相反应法、水热法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶等方法。固相煅烧法难以保证材料均匀性，工艺中的高温热氧化过程易使扩散剂流失，扩散量不易控制，制得的粉体杂质含量高，化学组成有波动，粒子尺寸大，粒度分布宽，烧结温度高，为降低烧结温度必须采用助熔剂。虽有改进的方法报道，但所得粉体仍不能满足高性能电子元件生产的要求。液相法中，草酸共沉淀法所得粉体纯度高、粒径小，但工艺复杂，生产成本较高；碳酸盐沉淀法仍需高温煅烧过程；尿素-氢氧化钠沉淀法易引入碱金属杂质。有机法所得粉体纯度高、粒径小，分布均匀，但生产成本高。水热法可降低反应温度，产品纯度高、粒径小，分布均匀，成本相对较低，并且做到了原料无毒、无害，过程没有污染，结果不产生废物等绿色化学的特点，但也存在反应温度高、压力大、不连续的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、工艺简单、易于实现规模化工业生产的常压水热合成一种掺杂钛酸盐——掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3陶瓷粉体的方法，利用该方法制得的掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3陶瓷粉体纯度高、粒径小，粒度均匀、杂质少。
本发明的目的可以通过以下措施实现一种掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，包括以下次序的工艺步骤①在强烈搅拌下，将含钛化合物加至蒸馏水中，水解、分离、洗涤得到水合钛氧化物TiO2·nH2O；②将水合钛氧化物TiO2·nH2O、含钡化合物、含铈化合物的碱溶液混合，并搅拌、加热；③在惰性气体保护下，常压水热合成1-10小时；④分离混合液、并洗涤、干燥分离物得掺杂铈钛酸钡粉体。
所述含钛化合物为硫酸钛四氯化钛TiCl4。
所述含钡化合物为氯化钡BaCl2。
所述含铈化合物为三氯化铈CeCl3。
所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
各原料按所设计的化学式的计量比配比。
所述惰性气体为氮气或氩气，且惰性气体通入量每500毫升溶液中每分钟不少于10毫升。
本发明与现有技术相比有如下优点1、本发明采用常压水热法合成掺杂钛酸盐——掺杂铈钛酸钡陶瓷粉体，反应在液相离子间进行，因而反应充分，产品纯度高，粒度均匀。
2、本发明采用常压水热合成法，克服了高压水热合成中温度高、压力大、不连续的缺点。
3、本发明采用常压水热合成法，无需添加剂、催化剂，减少了杂质的引入，产品质量稳定性和重现性好。
4、本发明工艺简单、易于控制、制备周期短、生产成本低、能耗小、无环境污染、生产连续化、易于实现规模化工业生产。
具体实施例方式
一种铈钛酸钡(Ba0.997Ce0.003TiO3)的制备方法先将10.7mL(0.1mol，ρ＝1.772g/cm3)四氯化钛(TiCl4)，在强烈搅拌下缓慢滴加至足量的蒸馏水中，水解完成后，分离、洗涤，获得水合钛氧化TiO2·nH2O；再将水合钛氧化物TiO2·nH2O用300mL蒸馏水转移至500mL多颈瓶中，再加入24.3g(0.0997mol)的BaCl2·2H2O、0.11g(0.0003mol)的CeCl3·7H2O和60g(1.5mol)的NaOH溶液，搅拌并以20mL/min的流量通入氮气或氩气；加热至沸腾，回流反应10小时；反应完成后，导出混合溶液，分离、洗涤、干燥得掺杂铈钛酸钡(Ba0.997Ce0.003TiO3)陶瓷粉体。
权利要求
1.一种掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，包括以下次序的工艺步骤①在强烈搅拌下，将含钛化合物加至蒸馏水中，水解、分离、洗涤得到水合钛氧化物TiO2·nH2O；②将水合钛氧化物TiO2·nH2O、含钡化合物、含铈化合物在碱溶液中混合，搅拌并加热；③在惰性气体保护下，常压水热回流反应1-10小时；④分离混合液、并洗涤、干燥分离物得掺杂铈钛酸钡粉体。
2.如权利要求1所述的掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，其特征在于所述含钛化合物为四氯化钛TiCl4。
3.如权利要求1所述的掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，其特征在于所述含钡化合物为氯化钡BaCl2。
4.如权利要求1所述的掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，其特征在于所述含铈化合物为三氯化铈CeCl3。
5.如权利要求1所述的掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，其特征在于所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
6.如权利要求1所述的掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，其特征在于所述各原料按所设计的化学式的计量比配比。
7.如权利要求1所述的掺杂铈钛酸钡Ba0.997Ce0.003TiO3粉体的制备方法，其特征在于所述惰性气体为氮气或氩气，且惰性气体通入量每500毫升溶液中每分钟不少于10毫升。
全文摘要
本发明涉及一种常压水热合成掺杂铈钛酸钡Ba
文档编号C04B35/462GK1683275SQ200510041839
公开日2005年10月19日 申请日期2005年3月13日 优先权日2005年3月13日
发明者贾永忠, 景燕, 金山 申请人:中国科学院青海盐湖研究所