CN101880160A - 一种制备CaCu3Ti4O12粉体的方法 - Google Patents

一种制备CaCu3Ti4O12粉体的方法 Download PDF

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吴枚霞
方亮
杨曌
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Abstract

本发明公开了一种制备CaCu3Ti4O12粉体的方法。将分析纯碳酸钙、氧化铜和二氧化钛，氯化钠和氯化钾粉末经配料，混料、热处理、清洗、过滤熔盐等工序，最终制备成分均一、晶体发育良好、分散性良好的CaCu3Ti4O12粉体。本发明在很短的时间就得到了结构可控、晶粒细小、尺寸均匀、分散性好、发育良好的CaCu3Ti4O12产物，为制备高性能的巨介电材料和压敏材料提供技术保证。

Description

一种制备CaCu3Ti4O12粉体的方法
技术领域
本发明涉及一种钙铜钛氧(CaCu3Ti4O12)粉体的制备方法，属于粉体制备技术领域。
背景技术
属于钙钛矿结构的CaCu3Ti4O12具有非常大的介电常数(ε～104-106)和较低的损耗(tanδ～0.03)，特别是在很宽的温区范围内(100-600K)介电常数几乎不变。这些良好的综合性能，使其有可能成为在高密度能量存储、薄膜器件(如MEMS、GB-DRAM)、高介电电容器等一系列高新技术领域中获得广泛的应用。但要制备性能良好的CaCu3Ti4O12产品，必须有晶形发育良好的CaCu3Ti4O12粉体。使用传统的制备技术获得的钙铜钛氧粉体，一般其分散性较差，晶形发育不良，这会导致CaCu3Ti4O12制品产生很大的介电损耗。文献“蔡宗英，邢献然，邓金侠，于然波，刘桂荣.Rapid Synthesis of Pb(1-x)LaxTiO3 Powders in Molten Salt Flux，无机化学学报，2006，22(6)：1421-1425；陈万兵，张少伟，王周福，王玺堂，方斌祥，熔盐合成法制备CaTiO3粉体的研究，武汉科技大学学报(自然科学版)，2007，30(6)：581-583”采用了熔盐法分别制备了Pb(1-x)LaxTiO3和CaTiO3粉体，在很短的时间就得到了结构可控、晶粒细小、尺寸均匀、分散性好、发育良好的产物，为制备性能优良的电子器件提供了技术基础。但是目前尚未有采用熔盐法制备CaCu3Ti4O12粉体的报道。
发明内容
为了克服现在固相合成技术制得的CaCu3Ti4O12粉体分散性差、晶粒难以控制、晶粒尺寸不均匀、晶粒发育不好等问题，本发明提供了一种用熔盐法制备钙铜钛氧粉体的方法。
具体步骤为：
(1)将分析纯碳酸钙、氧化铜和二氧化钛，按CaCu3Ti4O12配料，其中碳酸钙也可以用氢氧化钙、氧化钙或硝酸钙替代，氧化铜也可以用硝酸铜或碳酸铜替代；
(2)将氯化钠和氯化钾粉末混合均匀，其中氯化钠质量为氯化钾质量的0.5-4倍，氯化钠和氯化钾总质量为步骤(1)原料总质量的0.5-4倍；
(3)将步骤(1)和步骤(2)的粉末混合均匀，置于氧化铝坩埚或者铂金坩埚中；
(4)将步骤(3)装有混合粉末的坩埚放入炉子中，以2-20℃/分钟升温速度，在450-1050℃温度范围内保温0.5-6小时，并随炉冷却；
(5)取出步骤(4)的坩埚，放入60-100℃的热水中，溶解其中的氯化钠和氯化钾，充分洗涤并过滤所得产物，直到没有卤化物存在为止，得到纯的钙铜钛氧(CaCu3Ti4O12)粉体。
本发明的有益效果是：目前CaCu3Ti4O12粉体的主要制备方法还集中在固相合成工艺，该工艺会造成粉体成分不均匀、团聚厉害、粒度难以控制等问题。尚未有采用熔盐法制备CaCu3Ti4O12粉体的报道，因此采用熔盐法制备CaCu3Ti4O12粉体有望解决固相合成工艺存在的问题。同时，相对于固相合成工艺，该工艺可以在相对低的温度下制备CaCu3Ti4O12粉体，氯化钠和氯化钾可以回收重新利用，因此该工艺也能降低能源消耗和减轻环境压力。
附图说明
图1为本发明实施例1钙铜钛氧粉体的X射线图谱。
图2为本发明实施例2钙铜钛氧粉体的扫描电镜图片。
具体实施方式
实施例1：
用分析纯级碳酸钙、氧化铜和二氧化钛，按CaCu3Ti4O12进行称量配料；氯化钾和氯化钠按质量比1∶0.8配料，将两种粉末混合均匀，其中氯化钠/氯化钾混合粉末的质量为CaCu3Ti4O12原料总质量的1.6倍；将混合好的粉末置于氧化铝坩埚中，以10℃/分钟升温至900℃温度并保温1小时，然后随炉冷却；将此坩埚放入80℃的热水中，溶解其中的氯化钠和氯化钾，洗涤并过滤所得产物，直到没有氯离子存在，制得纯的CaCu3Ti4O12粉体。图1为本发明实施例钙铜钛氧粉体的X射线图谱。
实施例2：
用分析纯级碳酸钙、氧化铜和二氧化钛，按CaCu3Ti4O12进行称量配料；氯化钾和氯化钠按质量比1∶1配料，将两种粉末混合均匀，其中氯化钠/氯化钾混合粉末的质量为CaCu3Ti4O12原料总质量的3倍；将混合好的粉末置于氧化铝坩埚中，以5℃/分钟升温至700℃温度并保温1小时，然后随炉冷却；将此坩埚放入80℃的热水中，溶解其中的氯化钠和氯化钾，洗涤并过滤所得产物，直到没有氯离子存在，制得纯的CaCu3Ti4O12粉体。图2为本发明实施例钙铜钛氧粉体的扫描电镜图片。
实施例3：
用分析纯级碳酸钙、氧化铜和二氧化钛，按CaCu3Ti4O12进行称量配料；氯化钾和氯化钠按质量比1∶1.5配料，将两种粉末混合均匀，其中氯化钠/氯化钾混合粉末的质量为CaCu3Ti4O12原料总质量的0.8倍；将混合好的粉末置于氧化铝坩埚中，以15℃/分钟升温至550℃温度并保温5小时，然后随炉冷却；将此坩埚放入90℃的热水中，溶解其中的氯化钠和氯化钾，洗涤并过滤所得产物，直到没有氯离子存在，制得纯的CaCu3Ti4O12粉体。所得到的粉体粒度均匀、分散性良好。

Claims (1)

1.一种制备CaCu3Ti4O12粉体的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将分析纯碳酸钙、氧化铜和二氧化钛，按CaCu3Ti4O12配料，其中碳酸钙也可以用氢氧化钙、氧化钙或硝酸钙替代，氧化铜也可以用硝酸铜或碳酸铜替代；
(2)将氯化钠和氯化钾粉末混合均匀，其中氯化钠质量为氯化钾质量的0.5-4倍，氯化钠和氯化钾总质量为步骤(1)原料总质量的0.5-4倍；
(3)将步骤(1)和步骤(2)的粉末混合均匀，置于氧化铝坩埚或者铂金坩埚中；
(4)将步骤(3)装有混合粉末的坩埚放入炉子中，以2-20℃/分钟升温速度，在450-1050℃温度范围内保温0.5-6小时，并随炉冷却；
(5)取出步骤(4)的坩埚，放入60-100℃的热水中，溶解其中的氯化钠和氯化钾，充分洗涤并过滤所得产物，直到没有卤化物存在为止，得到纯的钙铜钛氧(CaCu3Ti4O12)粉体。
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