高纯纳米氧化钽的制备.docx

高纯纳米氧化钽的制备杨声海，王亦男，何静，唐谟堂，邱冠周(中南大学，湖南长沙410083)摘要：以自制高纯乙醇钽为原料，通过水解、干燥与煅烧生产粒度约35nm的高纯Ta2O5纳米粉。研究了水解过程中乙醇钽浓度、温度、加料时间对产品粒度的影响以及煅烧温度与时间对Ta2O5晶形的影响。选取水解最佳条件为：乙醇钽浓度1.0mol/L，水解温度50℃左右，加料时间约15min。加完后，搅拌5min，接着加入氨水溶液调节pH值到8~9，同时升温至80℃~85℃保温30min；煅烧温度800℃，时间2h。得到的Ta2O5产品粒度约35nm，纯度99.997%。关键词：乙醇钽；水解；高纯；纳米粉中图法分类号：TG146.4+16文献表示码：A文章编号：1002-185X(2007)02-0282-05草酸钽进行处理，最后用氨水中和生成钽酸铵，煅烧得高纯Ta2O5。该工艺流程长、废水量大、直收率低，且部分元素很难达标。OgiharaTakashi等人[9,10]以五乙氧基钽、五正丁氧基钽为原料，反应液中五正丁氧基钽的浓度控制在0.2mol/L以下，加水量为化学计量的0.7倍~l.3倍溶于乙醇中，在室温下搅拌，制得五氧化二钽粉的粒度为1.0μm~1.5μm。该方法具有杂质或阴离子不易混入生成物中、产品单弥散性高、颗粒呈圆形、纯度高、无三废污染等优点，因此更具有发展前景。目前唯一工业化了的钽醇盐生产方法就是卤化物合成法[11~13]，它是在一定条件下用金属的卤化物与适当的醇反应，同时加入大量的稀释剂苯，并加入一定量的碱性物质，例如氨、吡啶等，得到粗钽醇盐化合物后，再蒸馏出苯与多余的乙醇。该方法不仅需要配套的氯化精馏装置，而且生产环境差有毒、回收率低等缺点。作者[14,15]以金属钽板为原料，经过电化学合成、常压蒸馏分离乙醇与减压精馏分离高沸点与低沸点的杂质醇盐，获得了高纯乙醇钽产品，本试验对乙醇钽水解制取高纯纳米Ta2O5条件进行了研究。1引言高纯氧化钽是指纯度≥99.995%的产品，主要用于[1]高档电子材料，如门介电器的高K值材料、声表面波过滤器、红外热电传感器、光电子装置、X射线增强屏等，还用于LiTaO3单晶、光学玻璃等。随着电子工业的发展，其用量越来越大。但是现有方法生产的高纯氧化钽很难达到国内外用户的要求，其关键在于Ta2O5粉末的粒度、比表面、形态和纯度。目前高纯氧化钽的生产方法有：萃取法、OsramSylvania法(OS)、氯化法、草酸盐法、醇盐水解法等。胡清益等人[2]采用20%N503+30%仲辛醇+50%煤油或用N503二次萃取法[3]从HF-H2SO4溶液萃取钽，制取高纯氧化钽。萃取法生产的高纯氧化钽除F与Si离子外，其余杂质元素含量很低。OsramSylvania公司[4]采用普通Ta2O5经过碱熔融转变为KTaO3，硫酸溶解，HF溶解，沉淀K2TaF7，氨水中和，制取高纯电子级Ta2O5产品。但是该法生产的产品部分元素如Ca，K较难达到要求。C.S.Starck公司[5]对传统的氯化法进行了改进，通过合金氯化、分步蒸馏、水解和煅烧得到高纯Ta2O5。以上3种方法尤其是F-，Cl-脱除困难，需要专门步骤[6]，仍然很难1×10-5。JosephERitsko等人[7,8]报道，在反萃钽液用氨水中和成Ta(OH)5胶体后，过滤分离，然后用0.5mol/L~2mol/L的草酸溶液加热溶解，并用碱调节pH至5.1~5.5，在70℃~85℃条件下加热使钽以草酸钽的形式沉淀下来，再用酸对2原理据文献[16]报道，金属醇盐与水反应，通常包括水解反应(反应式(1))和脱水反应(反应式(2)、(3)、(4))，依次如下：M(OR)n+mH2O→（1）M(OR)n-m(OH)m+mHOR收稿日期：2005-11-29基金项目：国家自然科学基金和中国博士后科学基金(20040350187)作者简介：杨声海，男，1969年生，博士后，副教授，中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙410083，电话：0731-8830470，E-mail163.com0.0第2期杨声海等：高纯纳米氧化钽的制备·283·把试样分别在500℃，800℃和1000℃煅烧1h和在800℃煅烧2h，4h。用X射线衍射分析仪对晶形结构进行表征。根据以上水解与煅烧实验结果，对自制的乙醇钽进行了实验，800℃下煅烧2h制备了Ta2O5产品。产品检测与分析：用日本岛津产XD3A型分析仪进行热重-差热分析，升温速度10℃/min，空气气氛；XRD分析用日本理学D/max-γA10型X射线衍射仪，Cu靶，Kα射线，测定粉末的晶体结构；Ta2O5形貌分析采用日本日立公司产H-800型透射电子显微镜(TEM)和FEI公司产Sirion场发射扫描电