一种以水为介质通过稀土气相扩渗制备BaTiO

技术领域

本发明涉及无机纳米功能材料的合成方法，特别涉及一种以水为介质通过稀土气相扩渗制备BaTiO₃导电陶瓷粉的方法。

背景技术

作为一种重要的功能材料，具有导电性能的粉体广泛的应用于涂料、胶黏剂、电子、电器、航空、化工、印刷、包装、船舶、军工等领域，用于生产导电涂料、抗静电涂料、导电粘合剂、导电塑料、导电橡胶、导电静电纸、电子元件、电器设备外壳、印刷电路版等。而目前广泛使用的金属粉末、炭黑、石墨、碳纤维、金属薄片或纤维、金属氧化物等由于氧化、成本及加工困难等因素使得其应用受到一定的限制。新型的导电纳米陶瓷粉，经过近几年的发展，已经成为既具有金属态的导电性而且又保持了陶瓷材料本身抗氧化，耐腐蚀以及性能稳定的功能粉体材料。该功能填料能够解决传统金属粉体氧化形成界面氧化层导致填料电性能下降的问题。作为典型的钙钛矿型材料，BaTiO₃陶瓷是良好的绝缘体，而通过稀土改性可使其电阻率明显下降。但是将其应用为导电填料还需要进一步提高其导电性能，降低其电阻率。

中国专利申请号为200410043615.9所报道的对BaTiO₃纳米陶瓷粉的气相稀土扩渗改性是一种有效的降低粉体电阻率的改性方法，但是这种改性方法需要使用醇类或酰胺类有机溶剂作为扩渗介质，因此导致该方法存在成本高且环境不友好的技术缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于解决传统稀土扩渗方法制备BaTiO₃导电陶瓷粉需要使用醇类或酰胺类有机溶剂作为扩渗介质，因此导致该方法存在成本高且环境不友好的技术缺陷，从而提供一种以水为介质通过稀土气相扩渗制备BaTiO₃导电陶瓷粉的新方法。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种以水为介质通过稀土气相扩渗制备BaTiO3导电陶瓷粉的方法，依次包括以下步骤：（1）待扩渗炉升温至设定温度750℃～900℃后，向炉内滴入蒸馏水以排除炉内的空气；（2）将BaTiO₃陶瓷粉体置于扩渗炉内；（3）向炉内滴入含稀土元素的扩渗液4~5h，即可得到BaTiO₃导电陶瓷粉。

向扩渗炉内放置BaTiO₃陶瓷粉体10~30g，向炉内滴扩掺液的速度为每分钟12 滴，每滴0.15~0.25mL。

向炉内滴入蒸馏水以每分钟12 滴的速度滴2min，每滴0.15~0.25mL。

所述的BaTiO₃陶瓷粉由溶胶凝胶法制备得到。

所述的扩渗液由稀土元素的醋酸盐溶于蒸馏水制得。

所述稀土元素为：La、Ce、Sm、Pr中的任一种或几种。

所述扩渗液中稀土元素的浓度为3wt%~6wt%。

相对于原有技术，本发明所述方法使用水代替醇类或酰胺类有机溶剂作为扩渗介质，解决了原有工艺扩渗成本高且对环境有污染的技术缺陷，提供了一种新的低成本，环境友好的扩渗改性技术，顺应了经济环保，绿色化学的技术发展要求。此外，由于在扩渗温度范围内扩渗介质不发生分解反应，解决了原有技术中有机液体扩渗介质分解产物复杂导致产品组分复杂且改性重复性不高的技术缺陷。

本发明具有如下具体优点及有益效果：

（1）本发明以水为扩渗介质进行改性与原有技术相比，降低了改性成本并且防止了有机扩渗介质对环境的污染。

（2）本发明以水为扩渗介质，在扩渗温度范围内防止了扩渗介质发生分解反应，解决了原有技术中有机液体扩渗介质分解产物复杂导致产品组分复杂且改性重复性不高的技术缺陷。

（3）本发明一种以水为扩渗介质的扩渗改性法，提供了一种环境友好的扩渗改性技术，顺应了经济环保，绿色化学的技术发展要求。

附图说明：

图1为本发明实施例一所制备的导电BaTiO₃陶瓷粉的XRD图。

图2为本发明实施例一所制备的导电BaTiO₃陶瓷粉的SEM图。

具体实施方式

待扩渗炉升温至750℃～900℃后，向炉内以每分钟12 滴的滴速滴入蒸馏水2min，每滴0.15~0.25mL，以排除炉内的空气；然后将10～30g  BaTiO₃陶瓷粉置于扩渗炉内；最后向炉内以每分钟12 滴的滴速滴入含3wt% ~6wt%稀土元素扩渗液4～5h（扩渗液由稀土元素的醋酸盐溶于蒸馏水制得），稀土元素可以是La、Ce、Sm、Pr中的任一种或几种，每滴扩渗液为0.15~0.25mL。即可得到BaTiO₃导电陶瓷粉。

前面提到的BaTiO₃陶瓷粉可以使用现有技术中任意一种制备方法得到，也可以直接从市场买来。本实施例提供一种由溶胶凝胶法制备得到BaTiO₃陶瓷粉，具体的制备方法为：一、将15.326g乙酸钡溶于去离子水中，得到乙酸钡的饱和溶液；二、向20.421g钛酸四丁酯中加入50ml正丁醇后混溶，再加入20ml冰醋酸，得到混和体系；三、将乙酸钡的饱和溶液滴加到混和体系中，滴加速度每分钟小于60 滴，得到淡黄色透明溶液，然后静置24h，再在80℃的条件下干燥72h，得到干凝胶前躯体；将干凝胶前躯体在800℃煅烧2h既得到纯BaTiO₃陶瓷粉。

经检测，所得BaTiO₃导电陶瓷粉的室温电阻率为2.98×10^-2 Ω·m， 平均粒径为200nm。产品XRD衍射谱图如图1所示，从图1中可以看出， 本发明以水为扩渗介质改性得到的产品为立方相BaTiO₃，其各个晶面的衍射峰均较为明显，并且没有其他明显的杂质峰出现，说明通过本发明水为扩渗介质扩渗改性使得稀土离子以粒子替换的方式形成连续固溶体并导致其导电性增强。

所制备的导电BaTiO₃陶瓷粉的形貌如图2所示，从图2中可以看出，本发明以水为扩渗介质改性得到的产品的表面形貌较为规整，无明显的杂质相聚集，粉体粒径均匀，典型的粒径尺寸为200nm。

上述实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要是没有超出本专利的精神实质，都示为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。