認識電(diàn)子陶瓷用(yòng)钛酸(suān)鋇陶瓷粉體(tǐ)
 
    钛酸(suān)鋇（BaTiO3）是(shì)钛酸(suān)盐系(xì)電(diàn)子陶瓷的(de)主(zhǔ)要(yào)原料，作(zuò)为(wèi)一(yī)種(zhǒng)铁(tiě)電(diàn)材料，以(yǐ)其(qí)優异(yì)的(de)介電(diàn)性(xìng)能(néng)，廣泛應(yìng)用(yòng)于(yú)多(duō)层(céng)陶瓷電(diàn)容器、聲纳、紅(hóng)外(wài)輻射探測、晶界陶瓷電(diàn)容器、正(zhèng)温(wēn)度(dù)系(xì)數热(rè)敏陶瓷等，具有(yǒu)廣闊的(de)應(yìng)用(yòng)前景，被譽为(wèi)電(diàn)子陶瓷的(de)支柱(zhù)。随着電(diàn)子設備及(jí)其(qí)元(yuán)器件(jiàn)的(de)小型、輕(qīng)量(liàng)、可(kě)靠和(hé)薄型化(huà)的(de)發(fà)展(zhǎn)，使得对(duì)高(gāo)純超细(xì)钛酸(suān)鋇粉體(tǐ)的(de)要(yào)求越来(lái)越迫切(qiè)。   一(yī)、钛酸(suān)鋇概述 钛酸(suān)鋇是(shì)一(yī)致(zhì)性(xìng)熔融化(huà)合物(wù)，其(qí)熔點(diǎn)为(wèi)1618℃。具有(yǒu)五(wǔ)種(zhǒng)結晶變(biàn)型：六(liù)方(fāng)晶型、立方(fāng)晶型、四(sì)方(fāng)晶型、正(zhèng)方(fāng)晶型、三(sān)方(fāng)晶型；室(shì)温(wēn)下(xià)以(yǐ)正(zhèng)方(fāng)晶型穩定(dìng)。

    1、钛酸(suān)鋇的(de)铁(tiě)電(diàn)性(xìng) 當BaTiO3受到(dào)高(gāo)電(diàn)流電(diàn)场作(zuò)用(yòng)时(shí)，在(zài)居(jū)里(lǐ)點(diǎn)120℃以(yǐ)下(xià)会(huì)産生(shēng)持(chí)續的(de)极(jí)化(huà)效應(yìng)。极(jí)化(huà)的(de)钛酸(suān)鋇有(yǒu)两(liǎng)个(gè)重要(yào)的(de)性(xìng)質(zhì)：铁(tiě)電(diàn)性(xìng)和(hé)壓電(diàn)性(xìng)。   BaTiO3铁(tiě)電(diàn)晶體(tǐ)中(zhōng)存在(zài)许多(duō)自(zì)發(fà)极(jí)化(huà)方(fāng)向(xiàng)不(bù)同(tóng)的(de)小區(qū)域，每个(gè)區(qū)域由(yóu)很多(duō)自(zì)發(fà)极(jí)化(huà)方(fāng)向(xiàng)相同(tóng)的(de)晶胞構成(chéng)，这(zhè)些小區(qū)域称为(wèi)“電(diàn)疇”。具有(yǒu)電(diàn)疇結構的(de)晶體(tǐ)称为(wèi)铁(tiě)電(diàn)晶體(tǐ)或(huò)铁(tiě)電(diàn)體(tǐ)。图(tú)3給(gěi)出(chū)了(le)BaTiO3基铁(tiě)電(diàn)陶瓷在(zài)外(wài)電(diàn)场作(zuò)用(yòng)下(xià)電(diàn)籌的(de)外(wài)形几何尺(chǐ)寸(cùn)的(de)變(biàn)化(huà)。 


    2、钛酸(suān)鋇的(de)居(jū)里(lǐ)温(wēn)度(dù) BaTiO3居(jū)里(lǐ)温(wēn)度(dù)Tc是(shì)指四(sì)方(fāng)相和(hé)立方(fāng)相間(jiān)的(de)相變(biàn)温(wēn)度(dù)，即铁(tiě)電(diàn)晶體(tǐ)失去自(zì)發(fà)极(jí)化(huà)（電(diàn)疇結構消失）的(de)最(zuì)低(dī)温(wēn)度(dù)。BaTiO3居(jū)里(lǐ)温(wēn)度(dù)約为(wèi)120℃。   二、钛酸(suān)鋇粉體(tǐ)的(de)制備方(fāng)法(fǎ) 钛酸(suān)鋇粉體(tǐ)的(de)制備方(fāng)法(fǎ)通(tòng)常可(kě)以(yǐ)分(fēn)为(wèi)固相法(fǎ)、液相法(fǎ)和(hé)气(qì)相法(fǎ)。其(qí)中(zhōng)，固相法(fǎ)是(shì)最(zuì)为(wèi)傳統的(de)方(fāng)法(fǎ)，也(yě)是(shì)目前國(guó)内外(wài)工业化(huà)生(shēng)産钛酸(suān)鋇等钛酸(suān)盐的(de)重要(yào)方(fāng)法(fǎ)；液相法(fǎ)優勢明(míng)顯，可(kě)以(yǐ)制備高(gāo)純超细(xì)的(de)钛酸(suān)鋇粉體(tǐ)，在(zài)國(guó)外(wài)，草(cǎo)酸(suān)盐共(gòng)沉淀法(fǎ)和(hé)水(shuǐ)热(rè)法(fǎ)已經(jīng)應(yìng)用(yòng)于(yú)工业生(shēng)産；气(qì)相法(fǎ)發(fà)展(zhǎn)緩慢，還(huán)不(bù)成(chéng)熟。   1、固相法(fǎ) 固相法(fǎ)是(shì)指将組成(chéng)钛酸(suān)鋇的(de)各(gè)金(jīn)屬元(yuán)素的(de)氧化(huà)物(wù)（TiO2、BaO）或(huò)它(tā)们(men)的(de)酸(suān)性(xìng)盐（TiO2、Ba（CO3）2）混合、磨细(xì)，然後(hòu)在(zài)1100℃下(xià)长(cháng)时(shí)間(jiān)煅，通(tòng)过(guò)固相反(fǎn)應(yìng)形成(chéng)所(suǒ)需粉體(tǐ)。其(qí)反(fǎn)應(yìng)方(fāng)程式为(wèi)： 

    BaCO3+ TiO2 → BaTiO3+ CO2   

    固相法(fǎ)優點(diǎn)是(shì)：工藝簡單成(chéng)熟，設備可(kě)靠，原料價格便宜。 缺點(diǎn)是(shì)：制備的(de)粉體(tǐ)化(huà)學(xué)成(chéng)分(fēn)不(bù)均勻、易团聚、粒(lì)徑粗(cū)；粉體(tǐ)純度(dù)低(dī)，而(ér)且反(fǎn)應(yìng)在(zài)高(gāo)温(wēn)下(xià)進(jìn)行，能(néng)耗也(yě)較大(dà)。 
    2、液相法(fǎ) 液相法(fǎ)又称为(wèi)湿化(huà)學(xué)方(fāng)法(fǎ)，是(shì)由(yóu)原子、離子通(tòng)过(guò)成(chéng)核和(hé)长(cháng)大(dà)两(liǎng)个(gè)階(jiē)段(duàn)制備超细(xì)粉體(tǐ)的(de)方(fāng)法(fǎ)，其(qí)特(tè)點(diǎn)是(shì)較易成(chéng)核、組分(fēn)均勻，可(kě)以(yǐ)制得高(gāo)純度(dù)的(de)粉體(tǐ)，也(yě)便于(yú)添加微量(liàng)元(yuán)素進(jìn)行改性(xìng)。总的(de)来(lái)说(shuō)，制備優質(zhì)钛酸(suān)鋇粉體(tǐ)，液相法(fǎ)要(yào)優于(yú)固相法(fǎ)。其(qí)又可(kě)细(xì)分(fēn)为(wèi)水(shuǐ)热(rè)合成(chéng)法(fǎ)、沉淀法(fǎ)、溶胶- 凝胶法(fǎ)等。   

    2.1 水(shuǐ)热(rè)合成(chéng)法(fǎ) BaTiO3粉體(tǐ)的(de)水(shuǐ)热(rè)合成(chéng)法(fǎ)是(shì)指把(bǎ)含鋇和(hé)钛的(de)前驅體(tǐ)，一(yī)般为(wèi)氫氧化(huà)鋇和(hé)水(shuǐ)合氧化(huà)钛水(shuǐ)漿體(tǐ)，置于(yú)一(yī)定(dìng)温(wēn)度(dù)和(hé)壓力的(de)容器中(zhōng)，在(zài)水(shuǐ)热(rè)条(tiáo)件(jiàn)下(xià)進(jìn)行化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng)，經(jīng)过(guò)一(yī)定(dìng)时(shí)間(jiān)，在(zài)水(shuǐ)热(rè)介質(zhì)中(zhōng)直(zhí)接生(shēng)成(chéng)BaTiO3粉體(tǐ)。   

    目前，國(guó)内中(zhōng)國(guó)科學(xué)院(yuàn)上(shàng)海(hǎi)硅酸(suān)盐研究所(suǒ)以(yǐ)氯化(huà)鋇、四(sì)氯化(huà)钛为(wèi)原料，在(zài)240℃下(xià)，經(jīng)12h水(shuǐ)热(rè)合成(chéng)得到(dào)四(sì)方(fāng)相钛酸(suān)鋇纳米(mǐ)粉體(tǐ)。在(zài)原料鋇钛比为(wèi)1：6的(de)情(qíng)況下(xià)，首先将氯化(huà)鋇用(yòng)蒸餾水(shuǐ)溶解(jiě)配成(chéng)一(yī)定(dìng)濃度(dù)的(de)溶液，然後(hòu)与一(yī)定(dìng)量(liàng)的(de)四(sì)氯化(huà)钛混合，並(bìng)加入(rù)过(guò)量(liàng)的(de)氫氧化(huà)钠，混合均勻後(hòu)置于(yú)内衬为(wèi)四(sì)氟乙烯的(de)高(gāo)壓不(bù)鏽鋼(gāng)反(fǎn)應(yìng)釜内，密閉升温(wēn)反(fǎn)應(yìng)一(yī)段(duàn)时(shí)間(jiān)後(hòu)，将所(suǒ)得沉淀物(wù)進(jìn)行过(guò)濾、洗滌，直(zhí)至(zhì)沒(méi)有(yǒu)Cl-檢出(chū)，然後(hòu)将沉淀于(yú)80℃下(xià)干(gàn)燥後(hòu)，制得钛酸(suān)鋇粉體(tǐ)。   

     水(shuǐ)热(rè)法(fǎ)優點(diǎn)是(shì)：（1）制備的(de)粉體(tǐ)晶粒(lì)發(fà)育完整，粒(lì)度(dù)分(fēn)布(bù)均勻，颗粒(lì)之(zhī)間(jiān)少(shǎo)团聚。 （2）可(kě)以(yǐ)得到(dào)理想(xiǎng)化(huà)學(xué)計(jì)量(liàng)組成(chéng)的(de)材料，其(qí)颗粒(lì)度(dù)可(kě)控. （3）原料較便宜，生(shēng)産成(chéng)本(běn)低(dī)。 （4）粉體(tǐ)後(hòu)續處(chù)理無須煅燒，可(kě)以(yǐ)直(zhí)接用(yòng)于(yú)加工成(chéng)型，避免了(le)在(zài)煅燒过(guò)程中(zhōng)晶粒(lì)的(de)团聚长(cháng)大(dà)和(hé)容易混入(rù)雜質(zhì)等缺點(diǎn)。   缺點(diǎn)是(shì)： （1）反(fǎn)應(yìng)环(huán)境条(tiáo)件(jiàn)苛刻(kè)，導致(zhì)成(chéng)本(běn)过(guò)高(gāo)。 （2）固-液反(fǎn)應(yìng)缺乏热(rè)力學(xué)數據(jù)，同(tóng)时(shí)存在(zài)氯盐所(suǒ)引起(qǐ)的(de)腐蝕問(wèn)題(tí)。   

     综上(shàng)，如(rú)果(guǒ)水(shuǐ)热(rè)法(fǎ)能(néng)夠解(jiě)決以(yǐ)上(shàng)存在(zài)的(de)問(wèn)題(tí)，能(néng)解(jiě)決以(yǐ)上(shàng)問(wèn)題(tí), 水(shuǐ)热(rè)法(fǎ)的(de)應(yìng)用(yòng)前景将会(huì)十(shí)分(fēn)廣闊。