钛酸锶粉体合成新方法研究

钛酸锶粉体合成新方法研究

朱启安1,石荣恺2,黄伯清2,谭仪文3

(11湘潭大学化学学院,湖南湘潭411105;21湘潭大学物理系;31株州冶炼厂中心化验室)

摘要:以四氯化钛和氯化锶为原料、碳酸铵和氨水作沉淀剂化学共沉淀法合成钛酸锶粉体,研究了工艺条件对产品纯度和锶钛比的影响,最佳反应条件为:氯化锶与四氯化钛摩尔比为1.02,碳酸铵与氯化锶摩尔比为1.40,反应温度为室温,反应时间4h,p H=10,煅烧温度900e,煅烧时间4h。所得产品经化学、红外光谱、电镜、X)射线衍射和原子发射光谱分析,分析结果显示:产品纯度高、粒径小、锶钛比合适。

关键词:电子陶瓷;钛酸锶;合成;研究

中图分类号:TQ132.3+3文献标识码:A文章编号:1006-4990(2002)02-0005-03

1实验部分

111仪器与试剂

D90型电动搅拌器;FN101)1型鼓式干燥箱; SRJX)4)9型马弗炉;D/max-3C型X-射线衍射仪;S-570型扫描电镜仪;PE1710型红外光谱仪。

所有试剂均为分析纯。

TiCl4溶液:为抑制TiCl4水解,只能将其溶于3mol/L的盐酸。将TiCl4倒入一定体积的3mol/L 的盐酸中,然后准确移取25100mL TiCl4溶液于锥形瓶中,加5滴双氧水,加水至溶液体积200mL,再加25100mL EDTA标准溶液,加热至近沸,加20mL pH =5~6NH3)NH4Cl缓冲溶液,微沸1min,加10滴二甲酚橙指示剂,用Zn2+标准溶液返滴定,由此可求出TiCl4溶液的准确浓度。

SrCl2溶液:称取一定量的SrCl2#6H2O溶于水后,转入容量瓶中定容,再移取一定体积的SrCl2溶液于烧杯中,加硫酸沉淀锶,并加入60mL乙醇,用重量法测定锶的含量。

(NH4)2CO3溶液:称取9610g(NH4)2CO3溶于水,稀释至200mL,即得1mol/L的溶液。

NH3#H2O:取浓NH3#H2O11514m L,加水稀释至500mL,得到浓度约为3mol/L的溶液。

112实验原理与过程

取一定量的TiCl4和SrCl2溶液混合于分液漏斗中,再取一定量的(NH4)2CO3溶液和NH3#H2O混合于三口烧瓶中,开启搅拌器搅拌,将分液漏斗中的TiCl4和SrCl2混合溶液逐滴加入到三口烧瓶中,并不断用NH3#H2O调节溶液的pH值为10。反应一定时间后,抽滤、洗涤,将沉淀放入坩埚中,干燥、研细后,置于马弗炉内煅烧,即得SrTiO3粉体。

SrCl2+Ti Cl4+(NH4)2CO3+4NH3#H2O SrCO3+Ti(OH)4+6NH4Cl SrCO3+Ti(OH)4

煅烧

SrTiO3+CO2{+2H2O

1.3分析方法

按文献[1]介绍的方法测定Sr TiO3粉体中Sr O 和TiO2的含量。SrO的含量加TiO2的含量即为Sr TiO3的含量,并可求出Sr/Ti(摩尔比)。

2结果与讨论

211SrCl2与TiCl4的摩尔比

固定SrCl2/(NH4)2C O3(摩尔比)为114,反应时间4h,反应温度为室温,pH值为10,煅烧时间4h,煅烧温度880e,考察SrCl2与TiCl4的摩尔配比对产品纯度及Sr/Ti(摩尔比)的影响,实验结果见表1。

表1SrCl2与TiCl4摩尔比对产品纯度和Sr/T i的影响

SrCl2/Ti Cl4SrO/%TiO2/%纯度/%Sr/Ti 0198501814313194112019043

110256124431149913811005

110656166421739913911022

111056176411059718111066

从表1看出,当SrCl2/TiCl4为0198时,由于锶的量不足,钛过剩,因而产品中有过剩的TiO2,纯度较低,Sr/Ti不合要求;随着SrCl2/TiCl4增加,SrO含量增加,TiO2含量降低,当此比值大于1106时,锶过剩,此时产品中有过剩的SrCO3(SrC O3分解温度为1289e);而当此比值为1102时,共沉淀时生成的SrCO3和H4TiO4能完全定量地反应生成Sr TiO3粉体,纯度较高,Sr/Ti合适,故选取SrCl2/TiCl4为1102。

作者简介:朱启安,男,生于1964年,硕士,讲师。5

2002-03,34(2)朱启安钛酸锶粉体合成新方法研究

212 (NH 4)2CO 3和SrCl 2的摩尔比

取SrCl 2/TiCl 4(摩尔比)为1102,其它条件不变,考察(NH 4)2C O 3和SrCl 2的摩尔配比对产品纯度和Sr/Ti 的影响,实验结果见表2。从表2可以看出,当(NH 4)2C O 3用量较小时,Sr

2+

沉淀不完全,过剩的

H 4TiO 4在煅烧步骤中会生成TiO 2而混在产品Sr TiO 3中,因而纯度较低;而当(NH 4)2CO 3/SrCl 2为1140时,Sr

2+

能沉淀完全,产品纯度高、Sr/Ti 符合要求,故选

取(NH 4)2CO 3/SrCl 2为1140较合适。

表2 (NH 4)2CO 3和SrCl 2摩尔比对产品纯度和Sr/T i 的影响

(NH 4)2CO 3/SrCl 2

SrO/%TiO 2/%纯度/%Sr/Ti 1110541644414999113019471120541974319698193019641140561244311499138110051160561354310699141110081180

56130

43107

99137

11008

213 反应温度

由于共沉淀反应Sr 2++CO 2-3=SrCO 3和Ti

4+

+2H 2O=Ti(OH)4+4H +均很快,故反应不需要加热;相反,加热一方面会使沉淀溶解度增大,另一方面会使沉淀剂(NH 4)2CO 3分解,NH 3#H 2O 挥发,故一般选取反应温度为室温。214 反应时间

其它条件同上,只改变反应时间,结果见表3。

从表3可以看出,随反应时间增加,纯度增加,Sr/Ti 接近于1,反应更为充分,生成的共沉淀SrCO 3和H 4TiO 4混合更均匀,在后面的煅烧阶段SrCO 3与H 4TiO 4反应也越完全。反应时间达4h 时,纯度较高,Sr/Ti 也符合要求,故选取反应时间为4h 。

表3 反应时间对产品纯度和Sr/Ti 的影响

反应时间/h

SrO/%TiO 2/%纯度/%Sr/Ti 1521634214195104019572541304216896198019803551384219198129019954561244311499138110055

56120

43115

99135

11004

215 反应pH 值

随着反应的进行,溶液的酸度会增加,这一方面是由于在配制TiCl 4溶液时,为防止TiCl 4的水解加入了盐酸;另一方面随着TiCl 4和SrCl 2混合溶液的滴入,Ti 4+

的水解也会消耗溶液中的NH 3#H 2O 。由于溶液酸度的增加,会使共沉淀难于产生,因而需不断用NH 3#H 2O 调节溶液的pH 值。经实验,调节溶

液的pH 值为10即可使共沉淀沉淀完全,产品纯度

高,Sr/Ti 符合要求。216 煅烧温度

选取pH 值为10,其它条件同上,只改变煅烧温度,实验结果见表4。从表4可以看出,当煅烧温度大于880e 时,产品纯度高,Sr/Ti 符合要求,故选取煅烧温度为900e 。

表4 煅烧温度对产品纯度和Sr/Ti 的影响

煅烧温度/e

SrO/%TiO 2/%纯度/%Sr/Ti 700541444217497118019828005419143137

98128

019768505514243144981860198388056124431149913811005900

56121

43125

99146

11002

217 煅烧时间

现固定煅烧温度为900e ,其它条件不变,考察煅烧时间对产品质量的影响,实验结果见表5。 由表5可以看出,当煅烧时间大于4h 时,产品

质量较高,故选取煅烧时间为4h 最佳。

表5 煅烧时间对产品纯度和Sr/Ti 的影响

煅烧时间/h

SrO/%TiO 2/%纯度/%Sr/Ti 1531354210795142019782541654219997164019803551844311498198019974561214312599146110025

56125

43118

99143

11004

218 产品的表征与测试

21811 产品的原子发射光谱分析

取本产品和日本富士钛株式会社的Sr TiO 3产品(牌号为HST )1)及固相法产品(由SrC O 3与TiO 2混合高温煅烧生产)进行原子发射光谱分析,分析结果见表6。从表6可以看出,本法所得产品与HST )1相比杂质含量大体相当,但固相法产品杂质含量却要高,故本法所制得SrTiO 3粉体纯度高。21812 粉体的红外光谱分析(见图1)

图1 SrTiO 3粉体红外光谱图

图1为SrTiO 3粉体的红外光谱,从图1可以看

出,在558c m

-1

和450cm -1

有2个吸收峰,另外没有

6 INORGANIC C HEMICALS I NDUSTRY 无机盐工业 2002-03,34(2)