一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法

摘要

本发明公开了一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法，以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，以无水乙醇为介质搅拌混合均匀后，混合液经干燥、反应、洗涤、干燥，得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体KxNa1-xNbO3，x表示K的摩尔分数，x＝0.4～0.6。本发明获得的片状KNN粉体适用于压电陶瓷技术领域，为织构化制备KNN基无铅压电陶瓷提供了片状同性KNN模板，对于织构化制备无铅压电陶瓷技术的发展具有极大的促进作用。本发明操作简便，原料来源广泛，设备成本低廉，便于推广和应用。

权利要求

1.一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其特征在于：以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1～1.3、KCl∶NaCl＝1～4∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶0.9～1.3，以无水乙醇为介质搅拌混合均匀，混合液经干燥后进行熔盐反应，反应温度为900～1100℃、保温时间为0～10min，然后经洗涤、干燥，得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体KxNa1-xNbO3，x表示K的摩尔分数，x＝0.4～0.6；所述片状K4Nb6O17采用以下熔盐法合成制备：以五氧化二铌和碳酸钾为反应原料，按化学计量比称量，采用氯化钾为熔盐，熔盐占反应原料的质量分数为80～120%，在

1000～1100℃温度下保温1～4h；然后用去离子水洗涤后干燥，即得片状K4Nb6O17。

2.根据权利要求1所述的片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其特征在于：所述铌酸钾钠粉体其片状形貌为厚1～2.8μm、长22～50μm。

3.根据权利要求1所述的片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其特征在于：所述K2CO3、KCl、NaCl的粒度为－60目。

4.根据权利要求1所述的片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其特征在于：所述熔盐反应中升温速率为1～7℃/min。

说明书

一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无机材料合成技术领域，尤其涉及一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法。

背景技术

[0002] 铌酸钾钠(KNN)是一种重要的压电陶瓷原料，由于具有优良的压电性能，因而是目前研究最为广泛、最具实用性、最有可能取代锆钛酸铅(PZT)基压电材料的无铅压电陶瓷体系。现有技术无铅压电陶瓷制备方法中的织构化生长技术，由于可使材料达到类似单晶的结晶形态，从而表现出类似单晶的性能，因而使得材料具有较好的压电性能。目前，现有的KNN基无铅压电陶瓷的织构化制备技术，是以片状的NaNbO3或KNbO3为模板，以铌酸钾钠粉体为基料，制备得到KNN基无铅压电陶瓷。由于使用的片状NaNbO3或KNbO3模板是与KNN基料成分不同的异性模板，因而大大制约了KNN基无铅压电陶瓷性能的进一步提高。而片状同性KNN模板的制备，由于其自身结构的复杂性等原因，使得近年来这方面的研究进展缓慢。如果能够研究制备出各向异性良好的片状铌酸钾钠粉体作为同性模板，无疑有助于实现织构化制备无铅压电陶瓷技术的突破。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法，以获得合适的片状同性铌酸钾钠模板，促进织构化制备压电陶瓷技术的发展。

[0004] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

[0005] 本发明提供的一种片状铌酸钾钠粉体的制备方法，以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，以无水乙醇为介质搅拌混合均匀后，混合液经干燥、反应、洗涤、干燥，得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体KxNa1-xNbO3，x表示K的摩尔分数，x＝0.4～0.6。

[0006] 本发明制备的铌酸钾钠粉体为微米级，其片状形貌为厚1～2.8μm、长22～50μm。

[0007] 进一步地，本发明所述反应物的用量为：按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1～1.3、KCl∶NaCl＝1～4∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶0.9～
1.3。所述K2CO3、KCl、NaCl的粒度为-60目。

[0008] 上述方案中，本发明所述反应为熔盐反应。反应温度为900～1100℃，保温时间为0～10min。所述熔盐反应中升温速率为1～7℃/min。

[0009] 上述方案中，本发明所述片状K4Nb6O17采用熔盐法合成制备。例如，以五氧化二铌和碳酸钾为反应原料，按化学计量比称量，采用氯化钾为熔盐，熔盐占反应原料的质量分数为80～120％，在1000～1100℃温度下保温1～4h；然后用去离子水洗涤后干燥，即得片状K4Nb6O17。

[0010] 本发明具有以下有益效果：

[0011] 本发明制备获得的片状铌酸钾钠粉体适用于压电陶瓷技术领域，为织构化制备KNN基无铅压电陶瓷提供了片状同性KNN模板，可避免现有技术使用片状NaNbO3或KNbO3异性模板所带来的弊端，有利于进一步提高KNN基无铅压电陶瓷的性能，对于织构化制备无铅压电陶瓷技术的发展具有极大的促进作用。本发明操作简便，原料来源广泛，设备成本低廉，便于推广和应用。

附图说明

[0012] 下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

[0013] 图1是本发明实施例片状铌酸钾钠的XRD图谱；

[0014] 图2是本发明实施例片状铌酸钾钠的SEM照片。

具体实施方式

[0015] 本发明实施例以熔盐法合成制备的片状K4Nb6O17为反应物。片状K4Nb6O17的制备方法如下：以五氧化二铌和碳酸钾为反应原料，采用氯化钾为熔盐，熔盐占反应原料的质量分数为100％，在1050℃温度下保温2.5h；然后用去离子水洗涤后干燥，即得片状K4Nb6O17。

[0016] 实施例一：

[0017] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0018] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1、KCl∶NaCl＝2∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶11；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率7℃/min升温至1050℃，保温时间为0min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为53∶47。

[0019] 实施例二：

[0020] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0021] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1.2、KCl∶NaCl＝2∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶1.2；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率3℃/min升温至1000℃，保温时间为0min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为59∶41。

[0022] 实施例三：

[0023] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0024] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1、KCl∶NaCl＝4∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶1.1；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率7℃/min升温至950℃，保温时间为10min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为60∶40。

[0025] 实施例四：

[0026] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0027] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1.1、KCl∶NaCl＝1∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶1.3；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率1℃/min升温至1050℃，保温时间为5min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为40∶60。

[0028] 实施例五：

[0029] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0030] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1.3、KCl∶NaCl＝3∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶0.9；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率1℃/min升温至1100℃，保温时间为0min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为50∶50。

[0031] 实施例六：

[0032] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0033] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1.3、KCl∶NaCl＝4∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶1；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率7℃/min升温至1100℃，保温时间为5min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为51∶49。

[0034] 实施例七：

[0035] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0036] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1.3、KCl∶NaCl＝1∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶1；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率3℃/min升温至1000℃，保温时间为5min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为43∶57。

[0037] 实施例八：

[0038] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0039] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1.2、KCl∶NaCl＝1∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶0.9；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率1℃/min升温至900℃，保温时间为10min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为55∶45。

[0040] 实施例九：

[0041] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0042] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1、KCl∶NaCl＝3∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶1.3；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率5℃/min升温至900℃，保温时间为10min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为58∶42。

[0043] 实施例十：

[0044] 本实施例片状铌酸钾钠粉体的制备方法，其步骤如下：

[0045] 以片状K4Nb6O17、以及K2CO3、KCl、NaCl为反应物，其中K2CO3、KCl、NaCl预先球磨干燥并过60目筛，按照摩尔比K4Nb6O17∶K2CO3＝1∶1.1、KCl∶NaCl＝4∶1，按照质量比{K2CO3+K4Nb6O17}∶{KCl+NaCl}＝1∶1.2；上述反应物在无水乙醇介质中以磁力搅拌器搅拌混合均匀，混合液经干燥获得的粉体置于马弗炉中进行熔盐反应，以速率5℃/min升温至950℃，保温时间为0min；熔盐反应完毕后获得的粉体使用去离子水洗涤，以去除剩余的可溶性盐，干燥后得到具有片状形貌的铌酸钾钠粉体。经能谱测试，所得粉体中K与Na的摩尔比为57∶43。

[0046] 本发明实施例制备的片状铌酸钾钠粉体的XRD图谱如图1所示，SEM照片如图2所示，其片状形貌为厚1～2.8μm、长22～50μm。