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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。钛酸钡陶瓷的研究进展学生 :学号 :专业 :二 0 一二年 12 月资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。钛酸钡陶瓷的研究进展摘要 : 本文综述了钛酸钡陶瓷材料以及粉体的的研究概况 , 阐述了钛酸钡的结构和制备方法 , 研究现状 , 以及对未来的展望。关键词 : 钛酸钡、 纳米粉体、 陶瓷1 引言钛酸钡是电子陶瓷材料的基础原料, 被称为电子陶瓷业的支柱。它具有高介电常数、 低介电损耗、 优良的铁电、 压电、 耐压和绝缘性能 , 被广泛的应用于制造陶瓷敏感元件 , 特别是正温度系数热敏电阻 (PTC)、 多层陶
2、瓷电容器 (MLCCS) 、 热电元件、 压电陶瓷、 声纳、 红外辐射探测元件、 晶体陶瓷电容器、 电光显示板、 记忆材料、 聚合物基复合材料以及涂层等。钛酸钡具有钙钛矿晶体结构 , 用于制造电子陶瓷材料的粉体粒径一般要求在 100nm 以内。因此 BaTiO 3 粉体粒度、 形貌的研究一直是国内外关注的焦点。 钛酸钡粉体制备方法有很多 , 如固相法、 化学沉淀法、 溶胶凝胶法、 水热法、 超声波合成法等。最近几年制备技术得到了快速发展 , 本文综述了国内外具有代表性的钛酸钡粉体的合成方法 , 并在此基础上提出了研究展望。2 钛酸钡的性能及用途钛酸钡晶体有这样的特性 : 当它受压力而改变形状的
3、时候 , 会产生电流 , 一通电又会改变形状。于是 , 人们把钛酸钡放在超声波中 , 它受压便产生电流 , 由它所产生的电流的大小能够测知超声波的强弱。相反 , 用高频电流经过它 , 则能够产生超声波。 现在 , 几乎资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。所有的超声波仪器中, 都要用到钛酸钡。除此之外, 钛酸钡还有许多用途。例如 : 铁路工人把它放在铁轨下面, 来测量火车经过时候的压力 ; 医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器, 是锐利的水下眼睛 , 它不只能够看到鱼群, 而且还能够看到水底下的暗礁、 冰山和敌人的潜水艇等。电子陶瓷用钛酸钡粉体超细粉体技术是当
4、今高科技材料领域方兴未艾的新兴产业之一。由于其具有的高科技含量, 粉体细化后产生的材料功能的特异性 , 使之成为新技术革命的基础产业。钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料, 高纯超细钛酸钡粉体主要用于介质陶瓷、 敏感陶瓷的制造 , 其中的多层陶瓷电容器、PTC热敏电阻器件与我们的日常生活密切相关, 如 PTC 热敏电阻在冰箱启动器、 彩电消磁器、 程控电话机、节能灯、 加热器等领域有着广泛的应用 ; MLC 多层陶瓷电容在大规模集成电路方面应用广泛。钛酸钡 ( BaTiO3) 单晶具有优异的光折变性能, 具有高的自泵浦相位共轭反射率和二波混频 ( 光放大 ) 效率 , 在光信息存储方面有巨
5、大的潜在应用前景 ; 同时它也是重要的衬底基片材料。钛酸钡具有强铁电、 压电和介电等特性 , 是一种非常重要的电子陶瓷材料 , 广泛应用于制造各种电子元器件 , 如高容量电容器、 独石电容器、 热敏元件、 压敏元件和其它敏感元件等领域。当前 , 在中国钛酸钡年需求在 吨以上 , 且正以 20%的年增长速度发展 , 主要依赖进口 , 或采用固相合成法生产的钛酸钡 , 前者成本高 , 后者资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。性能差、 能耗大。该院稀有冶金材料研究所采用液相化学共沉淀法生产的钛酸钡粉料 , 具有高纯超细及质量稳定等特点。高纯电子级钛酸钡是重要的电子元器件原料
6、使用符合要求的高纯原料 , 按特定的反应顺序, 先以四氯化钛和草酸络合形成草酸氧钛阴离子 , 再与氯化钡进行沉淀反应, 然后经过洗涤和控制钡钛比的后处理过程 , 煅烧后得到高纯电子级的钛酸钡粉体。钛酸钡在直流电场的作用下 , 在居里点120以下会产生持续的极度化效应, 极化的钛酸钡具有铁电性能和压电性能。美国咸斯康星大学研究人员设计出一种复合材料。 该材料由钛酸钡晶体与基质锡构成 , 据说这种材料比金刚石还硬。实验表明 , 将钛酸钡颗粒植入锡中 , 所得材料的硬度接近于金刚石的 10 倍。研究人员发现 , 当锡中嵌入钛酸钡颗粒时, 相变受到抑制 , 从而使能量得以贮存。情况有些类似于水在零度时
7、相变成冰 , 钛酸钡的相变也受温度影响 , 因此这种材料在温度 10 度范围内可显示出特高的硬度。 但温度范围仅限于 40 65之间。 这比常温要高 , 研究人员正在努力降低这一温度区间。地球上蕴藏着极为丰富的钛资源, 在构成地球的元素中, 钛的丰度占第九位。钛传统的最重要的工业制品是: 二氧化钛颜料 ( 俗称钛白 ) 和金属钛。 钛白是最佳的白色颜料 , 广泛用于涂料、 塑料、 造纸、 油墨、 橡胶、 化学纤维和化妆品等。金属钛具有很多优良性能 , 利用钛合金制造喷气发动机、超音速飞机 ; 利用含钛的不锈钢 1Cr18Ni9Ti,制做化工耐腐蚀设备起重要作用。近些年来, 随着资料内容仅供您学
8、习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。人类科学技术的突飞猛进, 作为电子信息材料的钛酸盐, 越来越引起世界各国的重视, 特别是发达国家的重视。3 钛酸钡粉体的制备工艺3.1固相合成法固相法是钛酸钡粉体的传统制备方法, 典型的工艺是将等量碳酸钡和二氧化钛混合, 在 1 500温度下反应24h, 反应式为 :BaCO3+TiO 2BaTiO 3+CO2。该法工艺简单, 设备可靠。但由于是在高温下完成固相间的扩散传质, 故所得 BaTiO 3 粉体粒径比较大(微米 ), 必须再次进行球磨。 高温煅烧能耗较大, 化学成分不均匀,影响烧结陶瓷的性能, 团聚现象严重 , 较难得到纯BaTiO 3
9、晶相 , 粉体纯度低 , 原料成本较高。一般只用于制作技术性能要求较低的产品。3.2 化学沉淀法3.2.1直接沉淀法在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂, 控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应生成陶瓷粉体沉淀物团。如将Ba(OC3H7)2 和 Ti(OC 5H11)4 溶于异丙醇中 , 加水分解产物可得沉淀的 BaTiO 3 粉体。该法工艺简单 , 在常压下进行 , 不需高温 , 反应条件温和 , 易控制 , 原料成本低 , 但容易引入 BaCO3、TiO 2 等杂质 , 且粒度分布宽 , 需进行后处理。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。32.2草酸盐共沉淀法将精制的 T
10、iCl 4 和 BaCl 2 的水溶液混合 ,在一定条件下以一定速度滴加到草酸溶液中, 同时加入表面活性剂,不断搅拌即得到BaTiO 3 的前驱体草酸氧钛钡沉淀BaTiO(C2O4)44H2O(BTO)。该沉淀物经陈化、过滤、洗涤、 干燥和煅烧, 可得到化学计量的烧结良好的BaTiO 3 微粒 :TiCl 4+BaCl 2+2H2C2O4+4H2O BaTiO(C 2O4)24H2O+6HCl,BaTiO(C 2O4)2 4H2O BaTiO 3+4H2O+2CO 2 +2CO。该法工艺简单 , 但容易带人杂质 , 产品纯度偏低 , 粒度当前只能达到 100nm 左右 , 前驱体 BTO 煅烧
11、温度较低 , 产物易掺杂 , 难控制前驱体 BTO 中 Ba/Ti 的物质的量比 ; 微粒团聚较严重 , 反应过程中需要不断调节体系 pH 值。尽管有不同的改进方法 , 但仍难于实现工业化生产。3.2.3 柠檬酸盐法 柠檬酸盐法是制备优质 BaTiO 3 微粉的方法之。由于柠檬酸的络合作用 , 能够形成稳定的柠檬酸钡钛溶液 , 从而使得 Ba/Ti 的物质的量比等于 1, 化学均匀性高。同时由于取消了球磨工艺 , BaTiO 3 粉体的纯度得到提高。实验中采用喷雾干燥法对柠檬酸钡钛溶液进行脱水处理, 制得 BaTiO 3 的前驱体 , 再在一定温度下处理即可获得BaTiO 3 粉体。但煅烧得到
12、的BaTiO 3 粉体易团聚, 成本高 , 难于实现工业化。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。3.2.4 复合过氧化物法德国专利 (DE-24332791) 和日本专利(JP 昭 49-69399)分别提出了经过复合过氧化物前驱体制取BaTiO 3粉体的方法 , 中国专利 (CN1061776)也提出了一种改进方法, 即在NH 3 H2O 和 H202 混合溶液中加入等物质的量的TiO 2-盐和 Ba2+的混合水溶液 , 用氨水调节溶液pH, 得到复合过氧化物沉淀。用水洗涤至无氯离子后, 脱水并干燥。在400-600温度下煅烧 , 得到50-100nm 的晶体。该法
13、原料易得 , 产品纯度和粒度都能达到要求 , 但制得的 BaTiO 3 粉体粒子结块严重 , 并使用过量的 : H 2O2。3.2.5碳酸盐沉淀法此法可分为液相悬浮碳酸盐沉淀法和碳酸盐共沉淀法。碳酸盐共沉淀法是在控制一定pH 条件下 , 把沉淀剂(NH 4)2CO3, 溶液缓慢加入到等物质的量的BaCl 2 和 TiCl 4 混合水溶液中 , 得到高分散 BaCO3 和 TiO(OH) 2 沉淀。对沉淀物过滤、洗涤、 干燥、 煅烧 (1 300), 得到 BaTiO 3 粉体。该法原料易得, 操作简单适于大规模生产。但易掺杂, 煅烧温度高 , 操作条件的微小变化对产物理化性能有较大影响。为克服上述不足, 全学军等提出了较合理的改进方法。3.2.6超重力反应沉淀法超重力反应沉淀法(HGRP) 是近年新兴的一种粉体制备技术。北京化工大学陈建峰教授利用此法, 可制备出颗粒尺寸在30-100nm 范围内的纳米钛酸钡粉体, 而且所得粉体具有良好的烧结和介电性能。