一种钛酸锶陶瓷粉材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于新材料制备领域，具体公开了一种钛酸锶陶瓷粉材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钛酸锶陶瓷被广泛应用在高压陶瓷电容器、ptc热敏电阻和多功能传感、微电子元器件等领域中。随着电子信息技术高速发展，对电子器件的性能指标要求也在不断提升，为了适应市场以及电子元器件微型化方面的发展需求，因此制备出具有优异性能的钛酸锶基陶瓷粉材料已经成为电子信息材料界的研究热点。通常通过在微观尺度上对粉体进行性能调控，在技术上实现对其晶相结构、尺寸和形貌等结构的精确可控，从而可以改善其机械性能、介电性能和热烧结性能。在电子器件加工制备过程中钛酸锶陶瓷粉体的纯度、固体颗粒大小、晶相、表面结构和形貌等特性直接决定了陶瓷电子器件加工的良品率和后续的使用性能。有关高性能的钛酸锶陶瓷粉体的高效制备是现在的研究热点和技术难点。但是现有常见固相法、溶剂热、共沉淀制备方法得到的钛酸锶陶瓷粉体固体粒度往往比较大，往往需要高温条件下反应，反应过程相对复杂，所得产品即使在液相中分散颗粒尺寸可以达到纳米级，但是产品干燥处理以后总是使其发生团聚严重或晶相不纯，极大限制了钛酸锶陶瓷材料的开发与应用。高质量的小尺寸纳米级钛酸锶基陶瓷粉体的制备及其结构控制是决定钛酸锶基陶瓷应用的关键技术难题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明公开了一种钛酸锶陶瓷粉材料及其制备方法和应用。

2、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

3、一种钛酸锶陶瓷粉材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将一定量的水溶性的锶盐前驱体用一定体积的水溶解，超声处理一段时间以后机械搅拌下得到澄清溶液，将此溶液记做溶液a；

5、(2)称取一定量的含有钛的氯化物或其水溶液，将其记做溶液b；

6、(3)采用蠕动泵分别以正加、反加或并流方式将溶液a和溶液b均匀混合，室温下发生反应，然后继续搅拌1-2h，得到澄清透明溶液c；

7、(4)称取一定体积的有机醇，用蠕动泵将有机醇加入到溶液c中，继续搅拌反应0.5-1h,得到混合透明溶液d；

8、(5)称取一定量小分子有机羟基酸，在搅拌下充分溶解分散在一定体积的水溶剂中，将所得溶液e，用蠕动泵将溶液e添加到上述所得的混合溶液d中，继续搅拌反应1-2h,得到混合溶胶溶液f；

9、(6)称取一定量的表面活性剂，将其用一定配比的水和短链有机醇混合溶剂溶解分散，将所得溶液g，用蠕动泵将溶液g滴加到上一步所得的混合溶液f中，继续搅拌反应6-8h,得到沉淀混合溶液，离心分离得到沉淀产物，洗涤，干燥、焙烧，最后将得到的固体粉末样品经过气态粉磨处理，即得到钛酸锶陶瓷粉材料。

10、进一步的，上述一种钛酸锶陶瓷粉材料的制备方法，

11、优选的，溶液a中锶盐前驱体的质量分数为10-25wt％,溶剂为水；

12、优选的，溶液b中一定钛含量的钛的氯化物液体或者其水溶液的质量分数20-50wt％；

13、优选的，将溶液a和溶液b混合以后，在整个反应体系中，引入的锶和钛的摩尔比为0.98-1.02；

14、优选的，所得溶液e中小分子有机羟基酸的质量分为2-25wt％,；

15、优选的，将溶液e滴加到混合溶液d中以后，在整个反应体系中，引入反应体系的锶离子与小分子有机羟基酸的物质量的摩尔比为1：0.8-2.5；

16、优选的，所得溶液g中表面活性剂的质量分数为反应产物的2-20wt％；

17、优选的，溶液g中水和短链有机醇的质量比为1:1-2.5；

18、优选的，将溶液g滴加到反应体系以后，表面活性剂在整个反应体系中质量分数为2-10wt％，短链有机醇在整个反应体系中质量分数为5-25wt％，整个混合沉淀反应温度范围为0–40℃。

19、进一步的，上述一种钛酸锶陶瓷粉材料的制备方法，

20、优选的，所述的锶盐前驱体是可溶于水的无机锶盐或者锶的氢氧化物类；

21、优选的，所述的含钛氯化物或其水溶液选自四氯化钛、氯氧化钛或者三氯化钛，三氯化钛水溶液或四氯化钛水溶液中的一种或者多种；

22、优选的，所述的小分子有机羟基酸选自有机羟基酸或短链有机多元羟基酸；

23、优选的，所述的表面活性剂选自非离子型的双亲性高分子聚合物，含有一定配位能力的基团，所述基团包括但不限于羟基、羧基、含氮基团中的一种或者多种；进一步优选的，所述非离子型的双亲性高分子聚合物为peg、pva、pvp或poe中的一种或者多种；

24、优选的，所述的有机醇为液态直链烷基醇、多羟基有机醇或者其异构体醇中的一种或者多种；

25、优选的，所述的水为经过水净化和离子脱除处理得到的水，其中重金属离子、铁、钴、镍离子低于100ppm以下。

26、进一步的，上述一种钛酸锶陶瓷粉材料的制备方法，

27、优选的，所述的锶盐前驱体选自氯化锶、硝酸锶或氢氧化锶中的一种或多种；

28、优选的，所述的钛氯化物选自四氯化钛、四氯化钛水溶液、三氯化钛、三氯化钛水溶液或氯氧化钛中的一种或多种；

29、优选的，所述的小分子有机酸选自酒石酸、草酸、苹果酸、柠檬酸、奎宁酸、单宁酸、山梨酸或乳酸中的一种或多种；

30、优选的，所述的表面活性剂选自peg、pvp、poe、聚丙烯酸、聚醚、月桂醚类、脂肪醇聚氧乙烯醚类或f127中的一种或多种；

31、优选的，所述的有机醇是选自乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、丙三醇、苯甲醇中的一种或多种。

32、进一步的，上述一种钛酸锶陶瓷粉材料的制备方法，

33、所述的溶液a、溶液b、溶液c、溶液d、溶液e、溶液f或溶液g的盛放容器和反应容器选自玻璃容器、有机塑料容器或陶瓷搪瓷容器中的一种或者多种；

34、优选为玻璃烧瓶、玻璃烧杯、表面皿、锥形瓶、广口瓶、称量瓶、试管、量杯、塑料烧杯、陶瓷反应釜、搪瓷反应釜或离心管中的一种或多种。

35、进一步的，上述一种钛酸锶陶瓷粉材料的制备方法，

36、优选的，步骤(3)中，将溶液a与溶液b混合过程中是将两个溶液在搅拌条件下按照一定的滴加速度进行混合，滴加速度范围为50-1500ml/min；

37、优选的，步骤(5)中，溶液e是在搅拌条件下按照一定的滴加速度进行，滴加速度的范围为50-1500ml/min，

38、优选的，步骤(6)中，溶液g在搅拌条件下按照一定的滴加速度进行，滴加速度的范围为20-500ml/min，反应完毕以后离心分离的离心转速在3000-10000rpm，每次离心时间5-10min，优选的，分离时使用陶瓷膜过滤分离。

39、进一步的，上述一种钛酸锶陶瓷粉材料的制备方法，

40、优选的，步骤(6)洗涤过程中选用的溶剂为水、甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或多种；

41、优选的，步骤(6)干燥过程中的温度范围为60–120℃；

42、优选的，步骤(6)焙烧过程中的温度范围为600-1200℃，焙烧时间为4h-8h，焙烧采用空气气氛；

43、优选的，步骤(6)气态粉磨处理过程中选用的设备为气流粉碎机，功率为5kw，经过旋风分离器收集粉末产品，空气压缩机功率为100kw，为粉碎提供10.0mpa压缩空气。

44、另一方面，本发明公开了一种钛酸锶陶瓷粉材料，由上述任一项所述的制备方法制备获得。

45、进一步的，上述一种钛酸锶陶瓷粉材料，该材料是一种呈现不规则球形的纯立方晶相结构的纳米尺寸的钛酸锶陶瓷粉，粉体材料中颗粒尺寸在电镜下观察统计为20-150nm，经过干燥气态粉碎处理以后粒度测试d50小于100nm，比表面积5-25m2/g，表观密度为2.9-3.8g/cm3。

46、另一方面，本发明公开了上述钛酸锶陶瓷粉材料在制备高压电容器、ptc热敏电阻、电容-压敏复合功能元件、多功能传感器或微电子元器中的应用。

47、与现有的技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

48、与现有技术相比，本发明通过锶化合物的水溶液前驱体与钛的氯化物水溶液相互混合均匀，钛的氯化物不发生水解反应，然后加入有机醇，有机醇会将混合溶液中的钛溶解，起到进一步均匀分散作用，后续与加入到反应体系中小分子有机酸发生反应，小分子有机酸具有一定的配位能力，发生沉淀-溶解-沉淀的复杂过程，在此反应体系中小分子有机酸、有机醇和表面活性剂起到至关重要的作用，它们的存在不仅可以减弱溶胶颗粒之间的相互作用，还可以改变相应所得沉淀的表面状态，从而防止沉淀颗粒之间团聚的发生，此外对钛酸锶晶相结构进行有效的调控，而后续经过气态粉碎技术可以有效解除产品中颗粒团聚，有效控制产品中的粒度分布，与传统的钛酸锶陶瓷粉体合成方法相比，该发明方法可控性强，过程简单、操作方便、成本低廉。而且整个制备反应过程是在室温静态条件下进行,节能环保所得纯立方晶相纳米尺寸钛酸锶陶瓷粉具有不规则的球形形貌，表面凹凸不平，而且颗粒分散性良好，颗粒度均匀，粒度尺寸较小，具有广阔的应用前景。