一種鈦酸鉍鈉無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鈦酸鉍鈉無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法，屬于無機粉體材料技術領域。
【背景技術】
[0002]壓電陶瓷是一類極為重要的、世界各國競相研究開發的功能材料，在信息檢測、轉換、處理和儲存等信息技術領域占有極其重要的地位。目前大規模使用的壓電陶瓷材料是鉛基壓電陶瓷，由于此類材料中氧化鉛含量幾乎均在60%以上，導致在生產、使用和廢棄后處理的過程中給人類及生態環境帶來嚴重危害。因此，從人類生存環境的保護及其長遠發展戰略出發，研究和開發無鉛壓電陶瓷是一項迫切、具有重大社會意義和經濟意義的課題。
[0003]以(Bia5Naa5)T13(簡稱BNT)為基的無鉛壓電陶瓷體系被認為是最有可能部分取代鉛基壓電陶瓷的體系之一。BNT是A位復合取代的鈣鈦礦結構的鐵電陶瓷，具有鐵電性強、壓電性能佳、介電常數小及聲學性能好等優良特性。BNT基無鉛壓電陶瓷的優異性能是由其特殊的化學組成和顯微結構來實現的，由于鈦酸鉍鈉電子陶瓷是以鈦酸鉍鈉粉體為原料經過成型與燒結形成陶瓷體而制備得到的，而粉體的形貌、化學成分的均勻性等，直接影響著陶瓷材料的組成與結構乃至其電學性能。只有合成的陶瓷粉體純度高、顆粒細、粒徑分布均勻、分散性好、結晶度高、化學計量比準確，才有可能實現低溫燒結，從而提高制品的致密度和壓電陶瓷的性能。
[0004]目前，BNT基陶瓷粉體的制備方法主要有固相法、水熱法和溶膠-凝膠法等。但固相法制備的粉體往往具有顆粒較粗、分散性不好、活性較差、化學均勻性較差、易團聚、后續的球磨容易引入雜質等不足，因此難以獲得更高性能的陶瓷。溶膠-凝膠法使用的原料大多為昂貴的有機酸和醇鹽，成本高，制備周期長，不適于大規模工業化生產。水熱法需要高溫、高壓，對設備要求高，操作復雜，能耗較大。因此，改進現有制備工藝或者探索新的制備方法是無鉛壓電陶瓷發展的一個重要方向。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決現有技術存在的不足，提供一種鈦酸鉍鈉無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法，該制備方法是:以金屬鹽為原料，按一定比例加入到絡合劑水溶液中溶解制備混合溶液，然后加入有機單體、引發劑和催化劑，制備得到高分子網絡凝膠，然后再經微波干燥，煅燒后得到鈦酸鉍鈉無鉛壓電陶瓷粉體；具體制備步驟如下:
(O混合溶液的制備:按鈦酸四丁酯與絡合劑摩爾比為1:0.5-1:3的比例將鈦酸四丁酯緩慢加入絡合劑水溶液中，并不斷攪拌至完全溶解得到溶液A ;然后按T1: B1: Na摩爾比為2:1:1的比例，將Bi (NO3) 3.5H20和NaNO3緩慢加入溶液A中，攪拌均勻得到混合溶液；
(2)高分子網絡凝膠的制備:按溶液與有機單體體積比為1:0.05-1:0.5的比例在步驟
(I)得到的混合溶液中加入有機單體并攪拌均勻，用氨水調節PH值到8~10，按有機單體、引發劑、催化劑體積比為1:0.01-0.1:0.01-0.1的比例將引發劑和催化劑分別加入上述溶液并攪拌均勻，使溶液充分反應形成高分子網絡凝膠；
(3)微波干燥:將步驟(2)得到的高分子網絡凝膠放置在微波爐中進行干燥5~15min，微波輸出功率為800W，微波加熱方式有低火、中火和高火；
(4)煅燒:將干燥所得產物用瑪瑙研缽研碎成粉，然后將其置于馬弗爐中，先以1-40C /min的升溫速率，加熱至250~350°C保溫20~40min，再以2~6°C /min的升溫速率加熱至600~800°C保溫2~4h，然后隨爐冷卻至常溫，研磨得到鈦酸鉍鈉((Bia5Naa5)T13)粉體。
[0006]優選的，所述的水為去離子水，絡合劑為0.5-1.5 mol/1的朽1檬酸三錢溶液；有機單體為0.5~10mol/l的N-羥甲基丙烯酰胺；引發劑為0.l~5mol/l的過硫酸銨水溶液；催化劑為0.l~5mol/L的四甲基乙二胺水溶液。
[0007]本發明具有以下優點:
(1)本發明方法具有原料要求簡單，工藝過程簡單，成本低等優點；
(2)本發明方法制備的鈦酸鉍鈉粉體具有粒度小、分散性好、粒徑分布均勻、化學計量比準確的特點；
(3)本發明方法適合于制備多組分復合納米粉體。
【附圖說明】
[0008]圖1為實施例1所述(Bia5Naa5) 1103粉體的SEM圖；
圖2為實施例2所述(Bia5Naa5)T13粉體的SEM圖;
圖3為實施例3所述(Bia5Naa5)T13粉體的SEM圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。
[0010]實施例1
本發明制備鈦酸鉍鈉無鉛壓電陶瓷粉體的方法是:以水溶性金屬鹽為原料，溶于絡合劑水溶液中，加入有機單體并調節PH值制得混合溶液，再加入引發劑和催化劑，制備得到高分子網絡凝膠，然后經微波干燥，煅燒后得到鈦酸鉍鈉無鉛壓電陶瓷粉體。具體制備步驟如下:
(O混合溶液的制備:首先將檸檬酸三銨與水配成0.5mol/L的溶液，按鈦酸四丁酯與檸檬酸三銨摩爾比為1:1的比例將鈦酸四丁酯緩慢加入檸檬酸三銨溶液中，并放在磁力攪拌器上攪拌；然后按Ti:Ba:Na摩爾比為2:1:1的比例，將Bi (NO3)3.5H20和NaNO^f慢加入溶液中，攪拌均勻。
[0011](2)高分子網絡凝膠的制備:按混合溶液與N-羥甲基丙烯酰胺體積比為1:0.05的比例在步驟(I)得到的溶液中加入N-羥甲基丙烯酰胺(濃度為0.5 mol/1)并攪拌均勻，用氨水調節pH值到8.5 ;然后按N-羥甲基丙烯酰胺、過硫酸銨水溶液、四甲基乙二胺水溶液體積比為1:0.01:0.01的比例將過硫酸錢水溶液(濃度為0.lmol/1)和四甲基乙二胺水溶液(濃度為5 mol/1)加入上述溶液，使溶液充分反應形成高分子網絡凝膠。
[0012](3)微波干燥:將步驟(2)得到的高分子網絡凝膠放置在800W微波爐中進行干燥，干燥加熱方式為低火，干燥時間15min。
[0013](4)煅燒:將干燥所得產物用瑪瑙研缽研碎成粉，然后將其置于馬弗爐中，以1°C /min的升溫速率，加熱至300°C保溫30min，再以6°C /min的升溫速率加熱至650°C保溫4h，然后隨爐冷卻至常溫，研磨得到鈦酸鉍鈉粉體，其SEM圖如圖1所示，由圖可以看出鈦酸鉍鈉粉體具有粒度小、分散性