铌酸盐和钛酸盐功能陶瓷粉体的水热制备研究

摘要

铌酸盐和钛酸盐功能陶瓷粉体由于其独特的优点以及在各个领域的广泛应用而倍受关注。但是通常所用的功能陶瓷粉体的制备方法所需实验设备复杂、实验过程所耗费能量高，产物粉体形貌不易控制。水热法(hydrothermal method)是在高温高压的热液环境中一种很有优势的制备陶瓷粉体的方法。
　　 本论文主要研究了钙钛矿型铌酸盐(ZnNb2O6和MnNb2O6)和钛酸盐(BaTiO3)粉体的水热制备，对产物各项性能进行了表征。研究了合成粉体的各种工艺参数及水热改性方法对产物的影响，通过探讨水热反应环境对水热反应产物的影响找出最佳制备工艺。主要内容包括以下几个方面：
　　 (1)介绍了钙钛矿型铌酸盐和钛酸盐陶瓷粉体及器件的制备方法、性能等。
　　 (2)介绍了水热反应形成机理。利用水热合成方法成功制备出MnNb2O6粉体，讨论了水热反应过程中的反应前驱物的结合机理、各种水热反应条件以及煅烧等因素对反应产物的影响，利用XRD、SEM等对产物的结构、形貌等进行了表征。当水热反应温度为200℃、反应时间为168h、未加任何矿化剂时，制备出的MnNb2O6粉体的平均晶粒尺寸为～24nm。将水热反应制备的粉体样品在600℃煅烧后制得了粒度分布均匀、分散性良好的MnNb2O6粉体。
　　 (3)利用水热法成功制备出ZnNb2O6粉体，讨论了各种水热反应条件以及煅烧等因素对反应产物的影响，利用XRD、SEM、TEM、Agilent4980A等设备对产物的结构、形貌以及陶瓷的介电性能等进行了表征。在酸性条件下不能合成出ZnNb2O6相陶瓷粉体。Zn(NO3)2溶液和Nb2O5．nH2O按照一定的摩尔比例混合，在碱性(pH值为13)条件下，200℃温度下反应168h成功制备出ZnNb2O6粉体，晶粒尺寸为～29.6nm。制备出的ZnNb2O6粉体在400℃热处理30min后制得了粒度分布均匀、分散性良好的单一相粉体。
　　 (4)介绍了水热处理对固相法制备的BaTiO3粉体的表面改性研究，讨论了镧掺杂对产物的化学组成、颗粒形貌以及结构的影响，并对改性后的粉体制备的陶瓷电性能进行了相关研究。研究结果表明：水热处理并没有改变BaTiO3粉体的四方相结构，但由于La3+的掺入引起了钛酸钡晶格畸变。经过水热处理之后，BaTiO3粉体颗粒表面板状、针状等不规则形状消失，颗粒变得规则，粒度分布较为均匀，达到了高温、高压条件下的水热“整形”目的，而且在BaTiO3颗粒表面产生了一层均匀分布的富镧表面层。