電子陶瓷用鈦酸鋇陶瓷粉體
時間：2022-07-02
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認(rèn)識電子陶瓷用鈦酸鋇陶瓷粉體
鈦酸鋇（BaTiO3）是鈦酸鹽系電子陶瓷的主要原料，作為一種鐵電材料，以其優(yōu)異的介電性能，廣泛應(yīng)用于多層陶瓷電容器、聲納、紅外輻射探測、晶界陶瓷電容器、正溫度系數(shù)熱敏陶瓷等，具有廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為電子陶瓷的支柱。隨著電子設(shè)備及其元器件的小型、輕量、可靠和薄型化的發(fā)展，使得對高純超細(xì)鈦酸鋇粉體的要求越來越迫切。 一、鈦酸鋇概述 鈦酸鋇是一致性熔融化合物，其熔點(diǎn)為1618℃。具有五種結(jié)晶變型：六方晶型、立方晶型、四方晶型、正方晶型、三方晶型；室溫下以正方晶型穩(wěn)定。
1、鈦酸鋇的鐵電性 當(dāng)BaTiO3受到高電流電場作用時，在居里點(diǎn)120℃以下會產(chǎn)生持續(xù)的極化效應(yīng)。極化的鈦酸鋇有兩個重要的性質(zhì)：鐵電性和壓電性。 BaTiO3鐵電晶體中存在許多自發(fā)極化方向不同的小區(qū)域，每個區(qū)域由很多自發(fā)極化方向相同的晶胞構(gòu)成，這些小區(qū)域稱為“電疇”。具有電疇結(jié)構(gòu)的晶體稱為鐵電晶體或鐵電體。圖3給出了BaTiO3基鐵電陶瓷在外電場作用下電籌的外形幾何尺寸的變化。
2、鈦酸鋇的居里溫度 BaTiO3居里溫度Tc是指四方相和立方相間的相變溫度，即鐵電晶體失去自發(fā)極化（電疇結(jié)構(gòu)消失）的最低溫度。BaTiO3居里溫度約為120℃。 二、鈦酸鋇粉體的制備方法 鈦酸鋇粉體的制備方法通常可以分為固相法、液相法和氣相法。其中，固相法是最為傳統(tǒng)的方法，也是目前國內(nèi)外工業(yè)化生產(chǎn)鈦酸鋇等鈦酸鹽的重要方法；液相法優(yōu)勢明顯，可以制備高純超細(xì)的鈦酸鋇粉體，在國外，草酸鹽共沉淀法和水熱法已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；氣相法發(fā)展緩慢，還不成熟。 1、固相法 固相法是指將組成鈦酸鋇的各金屬元素的氧化物（TiO2、BaO）或它們的酸性鹽（TiO2、Ba（CO3）2）混合、磨細(xì)，然后在1100℃下長時間煅，通過固相反應(yīng)形成所需粉體。其反應(yīng)方程式為：
BaCO3+ TiO2 → BaTiO3+ CO2
固相法優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡單成熟，設(shè)備可靠，原料價格便宜。 缺點(diǎn)是：制備的粉體化學(xué)成分不均勻、易團(tuán)聚、粒徑粗；粉體純度低，而且反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，能耗也較大。
2、液相法 液相法又稱為濕化學(xué)方法，是由原子、離子通過成核和長大兩個階段制備超細(xì)粉體的方法，其特點(diǎn)是較易成核、組分均勻，可以制得高純度的粉體，也便于添加微量元素進(jìn)行改性。總的來說，制備優(yōu)質(zhì)鈦酸鋇粉體，液相法要優(yōu)于固相法。其又可細(xì)分為水熱合成法、沉淀法、溶膠- 凝膠法等。
2.1 水熱合成法 BaTiO3粉體的水熱合成法是指把含鋇和鈦的前驅(qū)體，一般為氫氧化鋇和水合氧化鈦水漿體，置于一定溫度和壓力的容器中，在水熱條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過一定時間，在水熱介質(zhì)中直接生成BaTiO3粉體。
目前，國內(nèi)中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所以氯化鋇、四氯化鈦為原料，在240℃下，經(jīng)12h水熱合成得到四方相鈦酸鋇納米粉體。在原料鋇鈦比為1：6的情況下，首先將氯化鋇用蒸餾水溶解配成一定濃度的溶液，然后與一定量的四氯化鈦混合，并加入過量的氫氧化鈉，混合均勻后置于內(nèi)襯為四氟乙烯的高壓不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，密閉升溫反應(yīng)一段時間后，將所得沉淀物進(jìn)行過濾、洗滌，直至沒有Cl-檢出，然后將沉淀于80℃下干燥后，制得鈦酸鋇粉體。
水熱法優(yōu)點(diǎn)是：（1）制備的粉體晶粒發(fā)育完整，粒度分布均勻，顆粒之間少團(tuán)聚。 （2）可以得到理想化學(xué)計量組成的材料，其顆粒度可控. （3）原料較便宜，生產(chǎn)成本低。 （4）粉體后續(xù)處理無須煅燒，可以直接用于加工成型，避免了在煅燒過程中晶粒的團(tuán)聚長大和容易混入雜質(zhì)等缺點(diǎn)。 缺點(diǎn)是： （1）反應(yīng)環(huán)境條件苛刻，導(dǎo)致成本過高。 （2）固-液反應(yīng)缺乏熱力學(xué)數(shù)據(jù)，同時存在氯鹽所引起的腐蝕問題。
綜上，如果水熱法能夠解決以上存在的問題，能解決以上問題, 水熱法的應(yīng)用前景將會十分廣闊。
