專利名稱：一種用于制備織構(gòu)型陶瓷的模板材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備織構(gòu)型陶瓷的模板材料及制備方法。即一種能用作模板晶粒生長法(TGG)和反應(yīng)模板晶粒生長法(RTGG)的模板(籽晶)材料及制備方法。
背景技術(shù)：
織構(gòu)材料是一種在外部條件作用下，使原本雜亂取向的各個晶粒相互取向保持一致，形成擇優(yōu)取向排列的一種新型材料?？棙?gòu)材料能大幅度提高材料的性能。在結(jié)構(gòu)材料中，通過織構(gòu)化可以提高材料的韌性及切割性能；在功能材料中，織構(gòu)化可以增加超導(dǎo)體材料的臨界電流密度，增強(qiáng)離子導(dǎo)體的電導(dǎo)率，提高磁性陶瓷材料的磁學(xué)性能以及提高壓電陶瓷的壓電性能?？棙?gòu)材料的制備方法比較多，包括模板晶粒生長法(TGG)、反應(yīng)模板晶粒生長法(RTGG)、種子多晶轉(zhuǎn)變法(SPC)、磁場誘導(dǎo)定向法以及定向凝固法等等，其中模板晶粒生長法(TGG)、反應(yīng)模板晶粒生長法(RTGG)是兩種不需要昂貴復(fù)雜設(shè)備、工藝相對比較簡單、材料的織構(gòu)效果較好的方法。在模板晶粒生長法和反應(yīng)模板晶粒生長法中，能否制備出性能良好的模板即籽晶是能否制備性能良好的織構(gòu)材料的關(guān)鍵因素之一。一般來說，合適的模板的特征有1、與本體材料相類似的晶體結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)；2、具有合適的形狀，例如晶須狀或片狀，合適的尺寸以及長-徑比；3、具有熱力學(xué)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種片狀結(jié)構(gòu)和合適尺寸及長-徑比的模板材料，同時提供該模板材料的制備方法。
本發(fā)明的目的是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種適合于模板晶粒生長法(TGG)和反應(yīng)模板晶粒生長法(RTGG)制備織構(gòu)材料的模板材料，即一種織構(gòu)型陶瓷的模板材料(籽晶材料)，該材料為0.5μm～40μm的規(guī)則片狀晶粒形，其化學(xué)組成為Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1，。
所述的織構(gòu)型陶瓷的模板材料的制備方法，采用熔鹽法制備，其步驟為第1、以純度大于99％的Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5為起始原料，按照Bi2O3∶Na2CO3∶Nb2O5＝1∶1.3～1.5∶1.9～2.1的化學(xué)比配料；或者以純度大于99％的Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5為起始原料，按照Bi2O3∶NaHCO3∶Nb2O5＝1∶2x∶y的化學(xué)比配料，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1；配好的物料在球磨機(jī)中球磨6～12小時，球磨的助磨劑為無水乙醇，起始原料與無水乙醇的質(zhì)量比＝1∶0.8～1.5；第2、在步驟1球磨所得的物料中加入助熔劑，混合球磨6～12小時以后烘干，球磨時的助磨劑為無水乙醇，所述的助熔劑為NaCl或KCl或NaF或KF或四者中的任意兩種或三種的組合，助熔劑的質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為0.5～2.0∶1，步驟1球磨所得的物料與無水乙醇的質(zhì)量比＝1∶0.8～1.5；
第3、將步驟2烘干后的物料在空氣或富氧氣氛中加熱合成，合成溫度950℃～1200℃，合成時間2～8個小時；第4、將步驟3合成的粉料置入30～80℃去離子水中，攪拌清洗3～5分鐘后靜置5～10分鐘或者采用超聲波清洗器進(jìn)行超聲處理5～10分鐘，然后除去上層清液，重復(fù)清洗操作過程直到上層清液用AgNO3滴定沒有渾濁；第5、將步驟4清洗了的粉料干燥，即制得所需織構(gòu)材料的籽晶材料。


圖1是Bi2.5Na3.5Nb5O18的XRD圖圖2a、b是Bi2.5Na3.5Nb5O18不同放大倍數(shù)的SEM圖圖1和圖2a、b所表示的Bi2.5Na3.5Nb5O18的制備條件以Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5為起始原料，Bi2O3與Na2CO3以及Nb2O5化學(xué)配比為1∶1.4∶2，助熔劑為NaCl，合成溫度為1100℃，合成時間為5小時。
具體實施例方式
下面實施例所用原料均為純度大于99％的市購品。
實施例1Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.0的制備以Bi2O3、Na2CO3及Nb2O5為起始原料，按Bi2O3與Na2CO3及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶1.4∶2.0配料，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨6小時，加入助熔劑NaCl，再球磨12小時，NaCl加入質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1，球磨后烘干，在空氣氣氛中于溫度1100℃下合成5小時，合成產(chǎn)物用50℃去離子水按前述的攪拌清洗方法清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5其中x＝1.4，y＝2.0晶體。
實施例2Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5，Bi2O3與Na2CO3及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶1.3∶2.1，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶0.8，配好的物料在球磨機(jī)中球磨6小時，加入助熔劑NaCl，再球磨8小時，，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1，合成溫度為950℃，合成時間為6小時，合成產(chǎn)物用50℃去離子水按前述的超聲波清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1晶體。
實施例3Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5，Bi2O3與Na2CO3及Nb2O5的化學(xué)配比為1.0∶1.3∶2.1，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1.5，配好的物料在球磨機(jī)中球磨7小時，加入助熔劑NaCl，再球磨7小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1.5，合成溫度為1050℃，合成時間為5小時，合成產(chǎn)物用80℃去離子水按前述的攪拌清洗方法清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1晶體。
實施例4Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝1.9的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3與NaHCO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1.0∶2.8∶1.9，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1.2，配好的物料在球磨機(jī)中球磨9小時，加入助熔劑KCl，再球磨9小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1.2，合成溫度為1100℃，合成時間為4.5小時，合成產(chǎn)物用50℃去離子水按前述的超聲波清洗凈后吹干，即得到規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝1.9晶體。
實施例5Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3與NaHCO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶2.6∶2，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨8小時，加入助熔劑KCl，再球磨8小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1，合成溫度為1100℃，合成時間為6小時，合成產(chǎn)物用60℃去離子水按前述的攪拌清洗方法清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.1晶體。
實施例6Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.5，y＝2.1的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3與NaHCO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1.0∶3.0∶2.0，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨12小時，加入助熔劑KCl，再球磨12小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1，合成溫度為1150℃，合成時間為4小時，合成產(chǎn)物用60℃去離子水按前述的超聲波清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.5，y＝2.1晶體。
實施例7Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.0的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3與NaHCO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶2.8∶2，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨12小時，加入助熔劑KF，再球磨12小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1.5，，合成溫度為1100℃，合成時間為6小時，合成產(chǎn)物用40℃去離子水按前述的攪拌清洗方法清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.0晶體。
實施例8Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.35，y＝2.1的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3與NaHCO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶2.7∶2.1，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨12小時，加入助熔劑KF，再球磨12小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶2，合成溫度為1200℃，合成時間為5.5小時，合成產(chǎn)物用40℃去離子水按前述的超聲波清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.35，y＝2.1晶體。
實施例9Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝1.9的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3與NaHCO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶2.8∶1.9，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨12小時，加入助熔劑KCl+NaCl，KCl與NaCl質(zhì)量的比為1∶1，再球磨12小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1，合成溫度為1100℃，合成時間為5小時，合成產(chǎn)物用45℃去離子水按前述的超聲波清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.35，y＝2.1晶體。
實施例10Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5，Bi2O3與NaHCO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶2.8∶2.1，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨12小時，加入助熔劑KCl+NaCl，KCl與NaCl質(zhì)量的比為1∶2，再球磨12小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶1.5，，合成溫度為1100℃，合成時間為4.5小時，合成產(chǎn)物用45℃去離子水按前述的攪拌清洗方法清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.4，y＝2.1晶體。
實施例11Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.0的制備制備方法與實施例1相同，制備條件為起始原料為Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5，Bi2O3與Na2CO3以及Nb2O5的化學(xué)配比為1∶1.3∶2，用無水乙醇為助磨劑，起始原料與無水乙醇質(zhì)量比＝1∶1，配好的物料在球磨機(jī)中球磨12小時，加入助熔劑NaF，再球磨12小時，助熔劑質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為1∶2，合成溫度為1100℃，合成時間為5小時，合成產(chǎn)物用45℃去離子水按前述的攪拌清洗方法清洗凈后吹干，即得到0.5μm～40μm規(guī)則片狀Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3，y＝2.0晶體。
權(quán)利要求
1.一種織構(gòu)型陶瓷的模板材料，其特征是該材料為0.5μm～40μm的規(guī)則片狀晶粒形，其化學(xué)組成為Bi2O3-xNa2O-yNb2O5，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1。
2.權(quán)利要求1所述的織構(gòu)型陶瓷的模板材料的制備方法，其特征是采用熔鹽法制備，其步驟為第1、以純度大于99％的Bi2O3、Na2CO3以及Nb2O5為起始原料，按照Bi2O3∶Na2CO3∶Nb2O5＝1∶1.3～1.5∶1.9～2.1的化學(xué)比配料；或者以純度大于99％的Bi2O3、NaHCO3以及Nb2O5為起始原料，按照Bi2O3∶NaHCO3∶Nb2O5＝1∶2x∶y的化學(xué)比配料，其中x＝1.3～1.5，y＝1.9～2.1；配好的物料在球磨機(jī)中球磨6～12小時，球磨的助磨劑為無水乙醇，起始原料與無水乙醇的質(zhì)量比＝1∶0.8～1.5；第2、在步驟1球磨所得的物料中加入助熔劑，混合球磨6～12小時以后烘干，球磨時的助磨劑為無水乙醇，所述的助熔劑為NaCl或KCl或NaF或KF或四者中的任意兩種或三種的組合，助熔劑的質(zhì)量與起始反應(yīng)物總質(zhì)量的比為0.5～2.0∶1，步驟1球磨所得的物料與無水乙醇的質(zhì)量比＝1∶0.8～1.5；第3、將步驟2烘干后的物料在空氣或富氧氣氛中加熱合成，合成溫度950℃～1200℃，成時間2～8個小時；第4、將步驟3合成的粉料置入30～80℃去離子水中，攪拌清洗3～5分鐘后靜置5～10分鐘或者采用超聲波清洗器進(jìn)行超聲處理5～10分鐘，然后除去上層清液，重復(fù)清洗操作過程直到上層清液用AgNO3滴定沒有渾濁；第5、將步驟4清洗了的粉料干燥，即制得所需織構(gòu)材料的籽晶材料。
全文摘要
一種用于制備織構(gòu)型陶瓷的模板材料及制備方法。該材料為0.5μm～40μm的規(guī)則片狀晶粒形，其化學(xué)組成為Bi
文檔編號C04B35/622GK1657492SQ20051001825
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者曹明賀, 劉韓星, 王萬強(qiáng) 申請人:武漢理工大學(xué)