一種溶膠凝膠法制備鋰鈮鈦復合介質(zhì)陶瓷粉體的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料學科的微波介質(zhì)陶瓷領域，具體涉及一種溶膠凝膠法制備鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的方法。該微波介質(zhì)陶瓷粉體以LiNO3，Nb2O5，Ti(C4H9O)4為原料，通過溶膠凝膠法，首先將三種原料分別制備成檸檬酸鹽溶液，添加氨水調(diào)節(jié)PH值，然后將其混合，添加分散劑加熱攪拌，制備出凝膠。所得凝膠干燥后在一定溫度下煅燒，最終得到5Li2O-1Nb2O5-5TiO2粉體，即本發(fā)明的陶瓷粉體。該粉體包含Li2TiO3固溶體（Li2TiO3s.s.）相和M-相固溶體兩相。本發(fā)明合成的粉體粒度小，合成溫度低，工藝穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，避免了傳統(tǒng)方法中易混入雜質(zhì)，合成溫度高等缺點，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種溶膠凝膠法制備鋰鈮鈦復合介質(zhì)陶瓷粉體的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料學科的微波介質(zhì)陶瓷粉體領域，特別涉及一種溶膠凝膠法制備微波介質(zhì)復合陶瓷粉體的方法。
【背景技術】
[0002]微波介質(zhì)陶瓷是指應用于微波頻段(300MHz~3000GHz)電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷，已廣泛應用于微波和移動通訊領域。近年來，隨著現(xiàn)代移動通訊設備不斷朝著微型化、片式化、低成本和環(huán)保的方向發(fā)展，以發(fā)展能與高電導率的低熔點賤金屬Ag共燒的低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,簡稱LTCC)成為微波介質(zhì)材料發(fā)展的主流。低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料不僅要求具有合適的介電常數(shù)，低的介電損耗與小的諧振頻率溫度系數(shù)，還要求材料能在不高于Ag電極的熔點溫度96Ο燒結(jié)致密。但是，目前大多數(shù)商用微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度均在130(T1500°C，遠高于Ag的熔點。為了降低微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度，目前采用的方法一般有三種:采用化學合成方法制備粉體，氧化物或低熔點玻璃的摻加以及尋找使用新的固有燒結(jié)溫度低的材料。其中，采用化學合成方法制備粉體，更易獲得高純度、分散均勻、粒徑小、活性高的粉體，能有效地降低材料的燒結(jié)溫度。
[0003]Li2O-Nb2O5-TiO2體系是一種固有燒結(jié)溫度低的材料體系，且具有優(yōu)良的微波介電性能，近年來，引起了研究者們的廣泛關注。在Li2O-Nb2O5-TiO2材料體系中，已報道了多種材料具有優(yōu)良微波介電性能:具有高介電常數(shù)的“M-相”Li1YyNb1I3yTU4yO3材料，具有中等介電常數(shù)的由“M-相”與Nb固溶的Li2TiO3固溶體兩相復合的復合LNT材料，以及具有低等介電常數(shù)的Nb固溶的Li2TiO3固溶體材料。其中，配方為5Li20-lNb205-5Ti02 (LNT)的材料組成則為“M-相”以及Nb固溶的Li2TiO3固溶體相。目前，在鋰鈮鈦微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備上，人們多采用傳統(tǒng)固相法，少數(shù)用化學法制備鋰鈮鈦介質(zhì)陶瓷粉體的研究也多集中于“M-相”粉體的研究，而對其他組分材料的化學法制備研究不多。
[0004]本發(fā)明則采用溶膠凝膠法，制備由“M-相”和Li2TiO3S.s.復合組成的5Li20-lNb205-5Ti02微波介質(zhì)陶瓷粉體，通過這種方法制備的粉體具有顆粒細，活性高，合成溫度低等優(yōu)點，合成溫度可比傳統(tǒng)的固相法粉體合成溫度低200°C以上，因此，本發(fā)明具有一定的應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，在于克服固相合成法的缺點，提供一種溶膠凝膠法制備鋰鈮鈦復合微波介質(zhì)粉體的方法。采用溶膠凝膠法制備出粒度小，活性高，合成溫度低的微波介質(zhì)陶瓷粉體。
[0006]本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn):
一種溶膠凝膠法制備鋰鈮鈦復合介質(zhì)陶瓷粉體的方法，其包括以下步驟:
將原料LiNO3, Nb2O5, Ti (C4H9O)4按照Li2OiNb2O5 = TiO2摩爾比為5:1:5分別稱量原料；(2)將步驟(I)中稱取的Nb2O5加入HF酸中水浴加熱直至溶解，然后加入檸檬酸溶液，
檸檬酸與溶液中金屬離子摩爾比為2:1- 6:1，再加入氨水調(diào)PH值；
CS)將步驟(I)稱取的LiNO3和Ti (C4H9O)4加入檸檬酸溶液，加入檸檬酸溶液的同時不
斷攪拌，完全溶解后，加入氨水調(diào)PH值；
將步驟(2)和步驟(3)所得溶液混合，加入乙二醇，加入分散劑，加熱攪拌8tTl4h，得到黑色的濕凝膠；
將步驟(4)所得的濕凝膠在烘箱中80-150°C干燥36-72h，得到黑色干凝膠；
(6)將步驟(5)所得干凝膠研磨后，放入氧化鋁坩堝中750-900°C煅燒，得到鋰鈮鈦系復合介質(zhì)陶瓷粉體。
[0007]進一步優(yōu)化的，步驟(2)中加入檸檬酸溶液后半個小時至I個小時再加入氨水調(diào)PH值。
[0008]進一步優(yōu)化的，所述的分散劑為聚丙烯酸銨鹽、聚丙烯酸鈉鹽、聚羧酸銨鹽、聚羧酸鈉鹽中的一種或幾種。
[0009]進一步優(yōu)化的，所述乙二醇與步驟(2)和步驟(3)的檸檬酸總量的摩爾比為2:1-4:10
[0010]進一步優(yōu)化的，步驟(3)所述攪拌的時間為半小時。
[0011]進一步優(yōu)化的，步驟(5)所述干燥溫度為140°C，干燥時間為48h。
[0012]進一步優(yōu)化的，步驟(2)和步驟(3)所述檸檬酸溶液的質(zhì)量百分數(shù)為40%-60%。
[0013]進一步優(yōu)化的，步驟(2)所述的PH值為3-7。
[0014]進一步優(yōu)化的，步驟(2)所述的PH值為4-6。
[0015]進一步優(yōu)化的，所述的檸檬酸與金屬離子的摩爾比在3飛之間。
[0016]采用上述配方及工藝組成的本發(fā)明，可制備得到超細的鋰鈮鈦復合微波介質(zhì)陶瓷粉體。本發(fā)明具有以下特點:
該LNT微波介質(zhì)陶瓷粉體，通過溶膠凝膠法制備粉體，合成溫度比固相法合成溫度低，在800°C左右的溫度合成，即可得到由“M-相”及Li2TiO3S.s兩相組成的粉體。
[0017]與傳統(tǒng)固相法相比，能有效地避免雜質(zhì)的引入，并更好的保證材料的高純及均質(zhì)性。
[0018]本發(fā)明材料成本低、工藝穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1本發(fā)明實施例1中干凝膠經(jīng)750-850°C燒結(jié)后陶瓷粉體的X射線衍射圖。
[0020]圖2本發(fā)明實施例1中干凝膠經(jīng)800°C燒結(jié)后陶瓷粉體的透射電鏡照片。
[0021]圖3實施例2中干凝膠經(jīng)800°C燒結(jié)后陶瓷粉體的X射線衍射圖。
[0022]圖4實施例3中干凝膠在800°C燒結(jié)后陶瓷粉體的X射線衍射圖。
[0023]圖5實施例4中干凝膠在850°C燒結(jié)后陶瓷粉體的X射線衍射圖。[0024]【具體實施方式】:
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施作進一步描述，但本發(fā)明的保護的實施不限于此。
[0025]實施例1:
本實驗以LiN03、Nb2O5和Ti (C4H9O)4為原料，將原料分別按化學計量摩爾比10:1:5稱量。將Nb2O5加入HF酸中，并在80°C水浴中加熱7h，待Nb2O5溶解后，往其中加入檸檬酸溶液(質(zhì)量濃度為50%)，檸檬酸溶液與金屬離子的摩爾比為3:1，再用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為
5。然后將LiNO3和Ti (C4H9O) 4同時加入配制好的檸檬酸溶液(質(zhì)量百分數(shù)50%)中，攪拌30分鐘溶解后，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為5。分別將上述兩種溶液混合，再往溶液中加入乙二醇(乙二醇與檸檬酸總量的摩爾比為3:1)，同時加熱溶液至90°C，并一直攪拌6h，隨后可制備得到黑色的濕凝膠。將濕凝膠在烘箱中140°C干燥48h，則得到黑色海綿狀干凝膠。最后將干凝膠研磨為粉末后分別裝入高鋁坩堝內(nèi)，在450°C保溫4h，在750°C~85(rC煅燒5h，合成所需的復合微波介質(zhì)陶瓷粉體。用X射線衍射儀鑒定了干凝膠在750°C，80(TC以及850°C煅燒的粉體物相組成(圖1)，由圖可看到，經(jīng)800°C合成后得到的陶瓷粉末，由Li2TiO3S.s.相和“M-相”兩相復合組成。并用透射電子顯微鏡(TEM)對800°C煅燒的粉體的形貌進行了觀察(圖2)，由圖可見，此法合成的粉體的粒徑小。
[0026]實施例2:
本實驗以LiN03、Nb2O5和Ti (C4H9O)4為原料，將原料分別按化學計量摩爾比10:1:5稱量。將Nb2O5加入HF酸中，并在80°C水浴中加熱7h，待Nb2O5溶解后，往其中加入檸檬酸溶液(質(zhì)量濃度為50%)，檸檬酸溶液與金屬離子的摩爾比為3:1，再用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為
5.5，。然后將LiNO3和Ti (C4H9O) 4同時加入配制好的檸檬酸溶液(質(zhì)量濃度為50%)中，攪拌40分鐘溶解后，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為5.5。分別將上述兩種溶液混合，再往溶液中加入乙二醇(乙二醇與檸檬酸總量的摩爾比為3:1)，同時再加入聚丙烯酸鈉(聚丙烯酸鈉與乙二醇的摩爾比為1:1)，加熱溶液至90°C，并一直攪拌8h，隨后可制備得到黑色的濕凝膠。將濕凝膠在烘箱中150°C干燥36h，則得到黑色海綿狀干凝膠。最后將干凝膠研磨為粉末后分別裝入高鋁坩堝內(nèi)，在450°C保溫4h，在750°C~850°C煅燒5h，合成所需的復合微波介質(zhì)陶瓷粉體。圖3為經(jīng)800°C煅燒獲得的粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。
[0027]實施例3:
本實驗以LiN03、Nb2O5和Ti (C4H9O)4為原料，將原料分別按化學計量摩爾比10:1:5稱量。將Nb2O5加入HF酸中，并在85°C水浴中加熱7h，待Nb2O5溶解后，往其中加入檸檬酸溶液(質(zhì)量濃度為60%)，檸檬酸溶液與金屬離子的摩爾比為4:1，再用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為4.5。然后將LiNO3和Ti (C4H9O) 4同時加入配制好的檸檬酸溶液(質(zhì)量濃度為60%)中，攪拌50分鐘溶解后，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為4.5。分別將上述兩種溶液混合，再往溶液中加入少量乙二醇(乙二醇與檸檬酸總量的摩爾比為2:1 )，同時加熱溶液至90°C，并一直攪拌6h，隨后可制備得到黑色的濕凝膠。將濕凝膠在烘箱中140°C干燥48h，則得到黑色海綿狀干凝膠。最后將干凝膠研磨為粉末后分別裝入高鋁坩堝內(nèi)，在450°C保溫4h，在750°C ^850°C煅燒5h，合成所需的復合微波介質(zhì)陶瓷粉體。圖4為干凝膠經(jīng)800°C合成后粉體的XRD圖譜。
[0028]實施例4:
本實驗以LiN03、Nb2O5和Ti (C4H9O)4為原料，將原料分別按化學計量摩爾比10:1:5稱量。將Nb2O5加入HF酸中，并在85°C水浴中加熱8h，待Nb2O5溶解后，往其中加入檸檬酸溶液(質(zhì)量濃度為50%)，檸檬酸溶液與金屬離子的摩爾比為5:1，再用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為
4。然后將LiNO3和Ti (C4H9O) 4同時加入配制好的檸檬酸溶液(質(zhì)量濃度為50%)中，攪拌30分鐘溶解后，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為4。分別將上述兩種溶液混合，再往溶液中加入乙二醇及聚丙烯酸銨(乙二醇與檸檬酸總量的摩爾比為2:1，聚丙烯酸鈉與乙二醇的摩爾比為
0.5:1),同時加熱溶液至90°C，并一直攪拌6h，隨后可制備得到黑色的濕凝膠。將濕凝膠在烘箱中140°C干燥48h，則得到黑色海綿狀干凝膠。最后將干凝膠研磨為粉末后分別裝入高鋁坩堝內(nèi)，在450°C保溫4h，在750°C~850°C煅燒5h，合成所需的復合微波介質(zhì)陶瓷粉體。用X射線衍射儀鑒定了在850° C煅燒的粉體物相組成，如圖5所示。
【權利要求】
1.一種溶膠凝膠法制備鋰鈮鈦復合介質(zhì)陶瓷粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟::.υ 將原料 LiNO3, Nb2O5, Ti (C4H9O)4 按照 Li2OiNb2O5 = TiO2 摩爾比為 5:1:5 分別稱量原料； 2:將步驟(I)中稱取的Nb2O5加入HF酸中水浴加熱直至溶解，然后加入檸檬酸溶液，檸檬酸與溶液中金屬離子摩爾比為2: f 6:1，再加入氨水調(diào)PH值； 將步驟(I)稱取的LiNO3和Ti (C4H9O)4加入檸檬酸溶液，加入檸檬酸溶液的同時不斷攪拌，完全溶解后，加入氨水調(diào)PH值；:?:將步驟(2)和步驟(3)所得溶液混合，加入乙二醇，加入分散劑，加熱攪拌8tTl4h，得到黑色的濕凝膠；.5:將步驟(4)所得的濕凝膠在烘箱中8(T15(TC干燥36~72h，得到黑色干凝膠；:'8:將步驟(5)所得干凝膠研磨后，放入氧化鋁坩堝中750°C、0(TC煅燒，得到鋰鈮鈦系復合介質(zhì)陶瓷粉體。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的PH值為3~7。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中加入檸檬酸溶液后半個小時至I個小時再加入氨水調(diào)PH值。
4.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的PH值為 6。
5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的分散劑為聚丙烯酸銨鹽、聚丙烯酸鈉鹽、聚羧酸銨鹽、聚羧酸鈉鹽中的一種或幾種。
6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述乙二醇與步驟(2)和步驟(3)的檸檬酸總量的摩爾比為2:1~4:1。
7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述攪拌的時間為半小時。
8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(5)所述干燥溫度為140°C，干燥時間為48h。
9.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)和步驟(3)所述檸檬酸溶液的質(zhì)量百分數(shù)為40%~60%。
【文檔編號】C04B35/462GK103466692SQ201310389037
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權日:2013年9月2日
【發(fā)明者】曾群, 張娜娜, 王皓 申請人:華南師范大學