一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法

权利要求

1.一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配置溶液，按(1:1)～(1:3)的摩尔比称取InCl3·4H2O和NbCl5，并分别溶于无水乙醇中，得到InCl3溶液和NbCl5溶液，其浓度均为0.06～0.08mol/L；

(2)按1:(6～8)的体积比量取TiCl4，溶于无水乙醇中，制得TiCl4的无水乙醇溶液；

(3)将InCl3溶液滴加到NbCl5溶液中，得到混合溶液A；

(4)将TiCl4的无水乙醇溶液滴入混合溶液A中，滴入完成后搅拌30～90min，制得混合溶液B；

(5)使用氨水调节混合溶液B的pH≥11，搅拌时间为4～8h，形成悬浊液；

(6)对悬浊液进行抽滤，所得沉淀物进行烘干，研磨，并过筛，得到前驱粉体；

(7)将步骤(6)中制得的前驱粉体在1100℃～1200℃下进行煅烧，煅烧时间为1.5～

2.5h，所制得的粉体即为铟铌共掺二氧化钛粉体。

2.根据权利要求1中所述的一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，其特征在于：所述步骤(3)中InCl3溶液的滴入速率为1～2mL/min。

3.根据权利要求1中所述的一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，其特征在于：所述步骤(4)中TiCl4的无水乙醇溶液的滴入速率为1～2mL/min。

4.根据权利要求1中所述的一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，其特征在于：所述步骤(5)中滴加氨水搅拌时，氨水的质量浓度为25％～28％，且氨水的滴定速率为1～2mL/min。

5.根据权利要求1中所述的一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，其特征在于：所述步骤(6)中烘干温度为80～100℃，其过筛所用的筛子为300目。

说明书

一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法

技术领域

[0001] 本发明属于湿化学法制备粉体技术领域，具体是一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法。

背景技术

[0002] 近年来，现代通信技术、互联网、局域网及微电子技术不断发展，电子技术已经广泛用于国防、科学、工业、医学、通讯(信息处理、传输和交流)、广播、电视、航空、导航、无线电定位、自动控制、遥控遥测、计算机及文化生活等各个领域，对推动国民经济的发展起着重要的作用。这种飞速的发展对电容器、存储器等电容性器件的尺寸和性能提出了更高的要求，其介质材料正成为现代通信技术中的关键基础材料，因此它的性能的提高具有巨大的应用前景和市场，引起了人们的广泛兴趣。

[0003] 随着电子技术和产业的发展，微电子器件的发展要求体积更小、速度更快、频率更高、功耗更低，以实现小型化、微型化和集成化。电容性器件和微电子器件的应用领域，决定了其介质材料必须有以下性能：

[0004] (1)高介电常数；

[0005] (2)介电损耗小，抗老化；

[0006] (3)良好的介温特性等。

[0007] BaTiO3等传统铁电材料在居里点附近出现介电常数极大值，但由于存在结构相变表现出极强的温度依赖性，导致器件在实际应用中不能稳定工作。继掺杂的BaTiO3、Ba(Fe0.5Nb0.5)O3和CCTO之后，人们又发现了In、Nb共掺TiO2陶瓷材料具有很高的介电常数和非常低的介电损耗，以及很好的温度稳定性和频率稳定性等，成为近几年学术界关注的焦点之一。

[0008] 目前制备铟铌共掺二氧化钛粉体，即(In0.05Nb0.05)Ti0.9O2粉体的方法有很多种，大多数都是采用了传统的固相法进行制备。传统的固相法是指把固溶体或固体混合物中可溶性成分用溶液浸出后，残留的不溶性成分会成为疏松的骨架状或松散的粉末，稍加研磨即可成为超细粉体的过程。这种反应可能出现的问题主要有：

[0009] (1)固相反应一般需要在较高温度下进行，浪费能源，还会出现颗粒的融合和生长，不利于形成超细粉体；

[0010] (2)由于固相反应在粒子界面上进行，常出现反应不完全和成分不均匀的情况；

[0011] (3)固相掺杂很难均匀一致，尤其是微量掺杂(0.1％～1％)时，不可能达到完全均匀；

[0012] (4)传统的固相法很容易引入其他杂质，导致所得粉体的纯度很低；

[0013] (5)固相反应所制得的粉体很容易出现团聚。

发明内容

[0014] 本发明的目的在于能够提供一种工艺简单、成本低廉，反应周期短，重复性好的共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，本发明提供的方法能够制备出粒径小、分布范围窄的铟铌共掺二氧化钛粉体。

[0015] 为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

[0016] 一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：

[0017] (1)配置溶液，按(1:1)～(1:3)的摩尔比称取InCl3·4H2O和NbCl5，并分别溶于无水乙醇中，得到InCl3溶液和NbCl5溶液，其浓度均为0.06～0.08mol/L；

[0018] (2)按1:(6～8)的体积比量取TiCl4，溶于无水乙醇中，制得TiCl4的无水乙醇溶液；

[0019] (3)将InCl3溶液滴加到NbCl5溶液中，得到混合溶液A；

[0020] (4)将TiCl4的无水乙醇溶液滴入混合溶液A中，制得混合溶液B；

[0021] (5)使用氨水调节混合溶液B的pH≥11，形成悬浊液；

[0022] (6)对悬浊液进行抽滤，所得沉淀物进行烘干，研磨，并过筛，得到前驱粉体；

[0023] (7)将步骤(6)中制得的前驱粉体在1100℃～1200℃下进行煅烧，所制得的粉体即为铟铌共掺二氧化钛粉体。

[0024] 优选的，所述步骤(3)中InCl3溶液的滴入速率为1～2mL/min。

[0025] 优选的，所述步骤(4)中TiCl4的无水乙醇溶液的滴入速率为1～2mL/min，且滴入完成后需搅拌30～90min。

[0026] 优选的，所述步骤(5)中滴加氨水搅拌时，氨水的质量浓度为25％～28％，且氨水的滴定速率为1～2mL/min，搅拌时间为4～8h。

[0027] 优选的，所述步骤(6)中烘干温度为80～100℃，其过筛所用的筛子为300目。

[0028] 优选的，所述步骤(7)中煅烧时间为1.5～2.5h。

[0029] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

[0030] 本发明采用共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体，共沉淀法是利用金属离子水解，水解产物与其他离子反应，精确控制沉淀条件，可使溶液中的各种金属离子同时沉淀，然后将它们加热分解形成复合金属氧化物的超细粉体。通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料；容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料；可实现原子尺寸水平上的混合，产物的化学组成可精确控制，所得粉体粒度分布较窄，形貌较规整。工艺简单、便于操作和控制，可以达到实用化的目的，有利于实现大规模生产。

[0031] 进一步的，煅烧温度低和时间短、损耗小、产品性能良好、容易制备粒径小而且分布均匀的纳米粉体材料。

附图说明

[0032] 图1为本发明实例制备的铟铌共掺二氧化钛粉体X射线衍射图谱。

[0033] 图2为本发明实例制备的铟铌共掺二氧化钛粉体的扫描电子显微镜图像。

具体实施方式

[0034] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

[0035] 实施例1

[0036] 一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：

[0037] (1)配置溶液，按1:1的摩尔比准确称取InCl3·4H2O和NbCl5，并分别溶于无水乙醇中，其浓度均为0.06～0.08mol/L；

[0038] (2)按1:6的体积比量取TiCl4，溶于无水乙醇中，制得TiCl4的无水乙醇溶液；

[0039] (3)将步骤(1)中制得的InCl3溶液向NbCl5溶液中以1mL/min的速率缓慢滴加；

[0040] (4)将步骤(2)中制得的TiCl4的无水乙醇溶液以1mL/min的速率滴入步骤(3)制得的混合溶液A中，制得混合溶液B，且滴入完成后需搅拌1h；

[0041] (5)将步骤(4)中制得的溶液使用质量浓度为25％～28％的氨水调节pH＝11，氨水滴加速率为1mL/min，形成悬浊液，滴入完成后搅拌6h；

[0042] (6)将步骤(5)中制得的溶液进行抽滤，所得沉淀物以90℃进行烘干，研磨，并过300目筛；

[0043] (7)将步骤(6)中制得的粉体在1150℃下煅烧2h，获得铟铌共掺二氧化钛粉体。所制得的铟铌共掺二氧化钛粉体平均粒径尺寸在1.5μm左右。其X射线衍射图谱如图1所示，扫描电子显微镜图像如图2所示。

[0044] 实施例2

[0045] 一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：

[0046] (1)配置溶液，按1:3的摩尔比准确称取InCl3·4H2O、和NbCl5，并分别溶于无水乙醇中，其浓度均为0.07mol/L；

[0047] (2)按1:7的体积比量取TiCl4，溶于无水乙醇中，制得TiCl4的无水乙醇溶液；

[0048] (3)将步骤(1)中制得的InCl3溶液向NbCl5溶液中以1.5mL/min的速率缓慢滴加；

[0049] (4)将步骤(2)中制得的TiCl4的无水乙醇溶液以1.5mL/min的速率滴入步骤(3)制得的混合溶液A中，制得混合溶液B，且滴入完成后需搅拌0.5h；

[0050] (5)将步骤(4)中制得的溶液使用质量浓度为25％～28％的氨水调节pH＝11，氨水滴加速率为1.5mL/min，形成悬浊液，滴入完成后搅拌6h；

[0051] (6)将步骤(5)中制得的溶液进行抽滤，所得沉淀物以90℃进行烘干，研磨，并过筛；

[0052] (7)将步骤(6)中制得的粉体在1100℃下煅烧1.5h，获得铟铌共掺二氧化钛粉体。所制得的铟铌共掺二氧化钛粉体平均粒径尺寸在1.5μm左右。

[0053] 实施例3

[0054] 一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：

[0055] (1)配置溶液，按1:1～1:3的摩尔比准确称取InCl3·4H2O和NbCl5，并分别溶于无水乙醇中，其浓度均为0.08mol/L；

[0056] (2)按1:8的体积比量取TiCl4，溶于无水乙醇中，制得TiCl4的无水乙醇溶液；

[0057] (3)将步骤(1)中制得的InCl3溶液向NbCl5溶液中以2mL/min的速率缓慢滴加；

[0058] (4)将步骤(2)中制得的TiCl4的无水乙醇溶液以2mL/min的速率滴入步骤(3)制得的混合溶液A中，制得混合溶液B，且滴入完成后需搅拌1h；

[0059] (5)将步骤(4)中制得的溶液使用质量浓度为25％～28％的氨水调节pH＝11，氨水滴加速率为2mL/min，形成悬浊液，滴入完成后搅拌8h；

[0060] (6)将步骤(5)中制得的溶液进行抽滤，所得沉淀物以80℃进行烘干，研磨，并过筛；

[0061] (7)将步骤(6)中制得的粉体在1200℃下煅烧2.5h，获得铟铌共掺二氧化钛粉体。所制得的铟铌共掺二氧化钛粉体平均粒径尺寸在1.5μm左右。

[0062] 实施例4

[0063] 一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：

[0064] (1)配置溶液，按1:2的摩尔比准确称取InCl3·4H2O和NbCl5，并分别溶于无水乙醇中，其浓度均为0.065mol/L；

[0065] (2)按1:8的体积比量取TiCl4，溶于无水乙醇中，制得TiCl4的无水乙醇溶液；

[0066] (3)将步骤(1)中制得的InCl3溶液向NbCl5溶液中以1.2mL/min的速率缓慢滴加；

[0067] (4)将步骤(2)中制得的TiCl4的无水乙醇溶液以1.2mL/min的速率滴入步骤(3)制得的混合溶液A中，制得混合溶液B，且滴入完成后需搅拌1.5h；

[0068] (5)将步骤(4)中制得的溶液使用质量浓度为25％～28％的氨水调节pH＝11，氨水滴加速率为1.2mL/min，形成悬浊液，滴入完成后搅拌4h；

[0069] (6)将步骤(5)中制得的溶液进行抽滤，所得沉淀物以100℃进行烘干，研磨，并过筛；

[0070] (7)将步骤(6)中制得的粉体在1130℃下煅烧1.7h，获得铟铌共掺二氧化钛粉体。所制得的铟铌共掺二氧化钛粉体平均粒径尺寸在1.5μm左右。

[0071] 实施例5

[0072] 一种共沉淀法制备铟铌共掺二氧化钛粉体的方法，包括如下步骤：

[0073] (1)配置溶液，按1:1的摩尔比准确称取InCl3·4H2O和NbCl5，并分别溶于无水乙醇中，其浓度均为0.075mol/L；

[0074] (2)按1:8的体积比量取TiCl4，溶于无水乙醇中，制得TiCl4的无水乙醇溶液；

[0075] (3)将步骤(1)中制得的InCl3溶液向NbCl5溶液中以1.8mL/min的速率缓慢滴加；

[0076] (4)将步骤(2)中制得的TiCl4的无水乙醇溶液以1.8mL/min的速率滴入步骤(3)制得的混合溶液A中，制得混合溶液B，且滴入完成后需搅拌1h；

[0077] (5)将步骤(4)中制得的溶液使用质量浓度为25％～28％的氨水调节pH＝11，氨水滴加速率为1.8mL/min，形成悬浊液，滴入完成后搅拌6h；

[0078] (6)将步骤(5)中制得的溶液进行抽滤，所得沉淀物以90℃进行烘干，研磨，并过筛；

[0079] (7)将步骤(6)中制得的粉体在1180℃下煅烧2.2h，获得铟铌共掺二氧化钛粉体。所制得的铟铌共掺二氧化钛粉体平均粒径尺寸在1.5μm左右。