溶膠_凝膠法合成鈦酸鋇超細(xì)粉體影響因素及物性表征

1、中國陶瓷工業(yè)2009年12月第16卷第6期CHINA CERAMIC INDUSTRY Dec. 2009Vol. 16, No. 6文章編號：1006-2874（2009）06-0021-03溶膠-凝膠法合成鈦酸鋇超細(xì)粉體影響因素及物性表征姜海英（遼寧省大連市）摘要著重研究了以鈦酸丁酯和醋酸鋇為原料，采用方法制備高純超細(xì)粉體的制備工藝和工藝參數(shù)。成功地純度、化學(xué)計量、近似球形的粉體；同大多數(shù)工藝相比具有周期短、控制參數(shù)產(chǎn)率制備了平均粒徑小于、達(dá)、成本較低等特點(diǎn)。借助衍射、紅外吸收光譜和掃描電鏡、透射電鏡等分析測試手段，綜合研究了加水量、水解溫度、溶劑的選擇及用量、值、凝膠溫度、陳化時間、濕凝

2、膠干燥條件、煅燒溫度、保溫時間等因素對粒徑、團(tuán)聚性能、粉體活性、比表面積的重要影響。關(guān)鍵詞溶膠凝膠法，鈦酸鋇，超細(xì)粉體，影響因素，純度中圖分類號：TQ174.75+8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A粉體的制備過程1.1實(shí)驗(yàn)試劑及儀器試劑：鈦酸丁酯（分析純）產(chǎn)地：北京化學(xué)試劑廠；異丙醇（分析純）產(chǎn)地：北京化工廠；乙醇（分析純）產(chǎn)地：北京化工廠；冰醋酸（分析純）產(chǎn)地：北京化工廠；36%乙酸（分析純）產(chǎn)地：天津市福晨化學(xué)試劑廠；醋酸鋇（分析純）產(chǎn)地：天津市化學(xué)試劑廠。儀器：電子天平：感量0.0001g 產(chǎn)地：北京賽多利斯天平有限公司；烘箱：101-1型電熱鼓風(fēng)箱；自制玻璃導(dǎo)管（帶膠塞）；高溫爐：SX2-4-10箱式電

3、阻爐產(chǎn)地：沈陽市節(jié)能電爐廠；X 射線衍射儀：日本島津XD-3型衍射儀；測試條件：濕度49%，掃描速度4/min,紙速40mm/min,記數(shù)率為2K 或5K ；紅外光譜儀：美國產(chǎn)Nexus 紅外光譜分析儀；測試條件：濕度：60%以下為宜溫度：20左右；電鏡：日本JEM-2000FX 高分辨電子顯微鏡配置能譜儀；測試條件：減速電壓20KV ，電流16uA ；比表面儀：SSA-3600智能比表面測試儀；產(chǎn)地：北京彼奧德電子有限責(zé)任公司。1.2工藝流程圖工藝流程見圖1。鈦酸鋇表征2.1物相表征2.1.1XRD 表征（見圖2）醋酸鋇鈦酸丁酯陳化異丙醇（乙醇）凝膠化乙酸鈦酰型化合物乙?；伝衔镅心モ佀徜^

4、粉體酒精酒精異丙醇異丙醇干燥煅燒圖1工藝流程圖Fig.1Preparation process收稿日期：2009-09-20通訊聯(lián)系人：姜海英，女，E-mail:jhyer2004圖2XRD 對照圖譜Fig.2XRD patterns2009年第6期中國陶瓷工業(yè)22異丙醇異丙醇酒精酒精波數(shù)圖4900異丙醇作溶劑掃描電鏡Fig.4SEM image of the sample prepared usingisopropanol as solvent at 900圖3紅外對照圖譜Fig.3FT-IR spectroscopy圖5900乙醇作溶劑掃描電鏡Fig.5SEM image of the s

5、ample prepared usingethanol as solvent at 9002.1.2RD 表征（見圖3）2.1.3電鏡表征（見圖4圖7）2.1.4比表面積表征各溫度各溶劑制備的鈦酸鋇粉體比表面積對比如表1所示。圖6800異丙醇作溶劑透射電鏡Fig.6TEM image of the sample prepared usingisopropanol as solvent at 800討論3.1pH 值對凝膠時間的影響實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水解終了pH 值對Ti(OHa (OAcb 混合溶液保溫凝膠化時間有很大影響，這說明它對溶膠體的形成及轉(zhuǎn)化也有很大的影響。當(dāng)pH<3時，經(jīng)沸水中6小時

6、保溫陳化也不能形成凝膠體，所以要實(shí)現(xiàn)Sol-gel 轉(zhuǎn)化，混合溶液pH 值不能太低，必須大于3。當(dāng)pH 在3到5之間時，制備出的粉體粒徑小，分散性好，且較均勻。當(dāng)pH>5時，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)圖7800乙醇作溶劑透射電鏡Fig.7TEM image of the sample prepared usingethanol as solvent at 800象。由此可見，要得到分散性較好、粉體粒徑較小的產(chǎn)品，以表1比表面積對比Tab.1The comparison of specific surface area800異丙醇作溶劑比表面積(cm210.87900異丙醇作溶劑3.98800異丙

7、醇作溶劑11.32900異丙醇作溶劑4.6223中國陶瓷工業(yè)2009年第6期表2凝膠化溫度與凝膠化時間的關(guān)系Tab.2Relationship between gelationtemperature and time凝膠化溫度/2560100凝膠化時間/h841經(jīng)干燥后所得凝膠，分別在700、800、900高溫下煅燒, 所得粉體粒徑分布在20100nm 之間, 但在700的高溫下煅燒后所得粉體外觀為灰黑色, 明顯有大量有機(jī)物未分解, 存在著多種物相結(jié)構(gòu)。然后對在800、900高溫下煅燒的樣品分別進(jìn)行了比表面積和電鏡的測試。電鏡測試結(jié)果如圖3-5和圖3-6所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在800煅燒的產(chǎn)品顏色更白

8、，分散性較好，粒徑小，更加均勻。3.5保溫時間對粉體的影響本實(shí)驗(yàn)研究了不同的保溫時間對粉體粒徑的影響。在煅燒處理后，不保溫情況下，樣品外觀為灰黑色, 明顯有大量有機(jī)物未分解, 存在著多種物相結(jié)構(gòu)；在保溫2小時以內(nèi)，樣品顏色仍然是灰黑色，有機(jī)物分解不完全；在保溫24小時時，粉體白皙，測試粒徑小，團(tuán)聚少，顆粒均勻；在保溫超過4小時，粉體樣品外觀又變的灰暗，顆粒較大，團(tuán)聚較嚴(yán)重，分散性不好。pH 在3到5之間的條件較佳。3.2凝膠溫度對凝膠化過程的影響水解形成Ti(OHa (OAcb 化合物在混合溶液體系中的溶解度或穩(wěn)定性因體系溫度的改變而隨之發(fā)生變化；因而不同的溫度保溫條件對溶膠的形成及轉(zhuǎn)化將產(chǎn)生

9、較大的影響。表3為實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。隨著凝膠化保溫溫度的降低，凝膠化時間變經(jīng)8小時也不能形成溶膠及長，速度變慢；當(dāng)溫度為25時，凝膠體，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)仍為清亮的溶液。由此可知，要實(shí)現(xiàn)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化，保溫陳化時，溫度不能太低。3.3陳化時間對粉體粒徑的影響本實(shí)驗(yàn)研究了不同的陳化時間對粉體粒徑的影響。在經(jīng)過沸水浴中凝膠化后，將樣品靜置，進(jìn)行陳化，在24小時陳化時間時，鈦酸鋇粉體粒徑小，團(tuán)聚少，且比較均勻；在超過4小時陳化時間后，粒徑增大，團(tuán)聚增多，均勻性不好。3.4煅燒溫度對粉體的影響結(jié)論（1）以鈦酸丁酯和醋酸鋇為原料，通過溶膠-凝膠法合成了鈦酸鋇超細(xì)粉體。（2）通過溶膠-凝膠法制備鈦酸鋇超細(xì)粉體的較佳工藝

10、條件為：混合溶液pH 值在3到5之間，凝膠化溫度100，煅燒溫度800。（3）改進(jìn)工藝條件，用乙醇作為溶劑比異丙醇作溶劑制備的粉體粒徑更小，更均勻，分散性更好，且乙醇價格低廉。FACTORS INFLUENCING THE SYNTHESIS OF ULTRAFINEBaTiO 3POWDER BY SOL-GEL PROCESS AND ITSCHARACTERIZATIONJiang Haiying (Dalian,LiaoninABSTRACT The paper studies the process and parameters of preparation in the synth

11、esis of highly pure and ultrafineBaTiO 3powders by a sol-gel method from titanium butoxide and barium acetate as precursors. The BaTiO 3powders with particles of average diameter of less than 50nm, purity of more than 99.5wt%, accurate chemical coordination, and approximatively spherical particles a

12、re successfully prepared by the method. Compared with other processes, this method has a good number of advantages such as shorter period, fewer controlling parameters, lower cost, and so on. By means of XRD, IR spectroscopy and TEM, theimportant process factors such as water quality, hydrolysis temperature, choice and amounts of solvents, pH value, surfactants, chelating agents etc. and their effects on average diameter of particles, agglom