鈦酸鹽粉體材料的制備研究.pdf

1、鈦酸鋇(BaTiO3)、二鈦酸鋇(BaTi2O5)、鈦酸鍶鋇(Ba1-xSrxTiO3)和偏鈦酸鋅(ZnTiO3)都是十分重要的電子陶瓷材料。每一種材料均具有其它材料無法取代的優(yōu)異性能，因此被廣泛地應(yīng)用于各類電子元器件中。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)這些陶瓷材料的性能提出了更高要求，因此制備高純度、高均勻性、分散性能好的納米粉體成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的制備方法已無法滿足要求，因此本論文圍繞該系列材料制備而展開，探索合成這些納米

2、粉體材料的新途徑，研究各種重要的制備影響因素，揭示相應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理。
　　首先在不同鈦源、不同鋇源、不同礦化劑及不同鋇鈦比合成立方相鈦酸鋇納米粉體的工藝條件基礎(chǔ)上，進(jìn)行了低溫水熱四方相鈦酸鋇工藝合成條件的探索:多次置換母液法、常規(guī)水熱法和一次置換母液法。結(jié)果表明“多次置換母液法”雖然總晶化時(shí)間已經(jīng)足夠長(zhǎng)，但該法對(duì)合成四方相鈦酸鋇作用不明顯，隨著置換母液的次數(shù)增加，得到的鈦酸鋇樣品量雖不斷增加，但無明顯四方相生成。在一定實(shí)驗(yàn)條件下，常

3、規(guī)水熱法和一次置換母液法均能合成四方相鈦酸鋇。一定條件下，一次置換母液法2～4天合成的四方相鈦酸鋇與常規(guī)水熱法7天合成的效果相當(dāng)。當(dāng)晶化時(shí)間固定在7天，常規(guī)水熱法需NaOH濃度4.0mol/L才能合成出明顯的四方相鈦酸鋇，而一次置換母液法NaOH濃度僅需0.5mol/L即可合成同樣的四方相鈦酸鋇，且晶粒尺寸不但小而且更均勻。此外利用一次置換母液法還可將硬脂酸凝膠法合成的鈦酸鋇從立方相轉(zhuǎn)化為四方相。因此一次置換母液法具有合成四方相鈦酸鋇的

4、明顯優(yōu)勢(shì)。
　　然后研究硬脂酸凝膠熱分解制備BaTiO3納米顆粒的相演化過程，采用在流動(dòng)空氣氣氛條件下，大幅度縮短煅燒時(shí)間和在空氣氣氛中驟冷所得樣品的強(qiáng)制性措施來揭示硬脂酸法制備BaTiO3的形成過程，直接得到并研究了中間相BaTi2O5。通過研究不同氣氛對(duì)硬脂酸凝膠熱分解所得產(chǎn)物晶相的影響，揭示了硬脂酸法制備BaTiO3的反應(yīng)機(jī)理如下:
　　(a)高溫煅燒Ba-Ti凝膠首先生成中間相BaTi2O5和BaCO3;
　　

5、(b)中間相BaTi2O5和BaCO3不能直接發(fā)生固相反應(yīng);
　　(c) BaCO3發(fā)生可逆反應(yīng)生成BaO和CO2，然后BaO再與BaTi2O5反應(yīng)生成BaTiO3。
　　在空氣氣氛條件下，煅燒Ba-Ti凝膠過程中晶相BaCO3、BaTiO3和BaTi2O5相互影響，導(dǎo)致BaTiO3晶體的生長(zhǎng)速率降低，結(jié)果在700℃合成了25-50nm的BaTiO3納米晶粒。
　　此外煅燒方法對(duì)硬脂酸法制備BaTiO3納米顆粒具有明顯

6、的影響。利用變升溫速率煅燒法可在低溫550℃左右就可得到純度較高的BaTiO3納米粉體，比醋酸凝膠法降低溫度約250℃。
　　最后在充分研究硬脂酸法制備BaTiO3納米顆粒的相演化反應(yīng)機(jī)理及各主要影響因素的基礎(chǔ)上，利用硬脂酸凝膠法成功地合成了Ba0.5Sr0.5TiO3、ZnTiO3和BaTi2O5粉體。利用硬脂酸作為溶劑，將合成溫度大幅度降低到550℃合成高純度Ba0.5Sr0.5TiO3和600℃合成高純度ZnTiO3。600

7、℃得到的Ba0.5Sr0.5TiO3晶粒尺寸平均為50～80nm，形狀幾乎都是橢圓形，同時(shí)伴隨微弱的團(tuán)聚現(xiàn)象。600℃得到的ZnTiO3樣品是由平均20～50nm晶粒所組成的，同時(shí)團(tuán)聚形成大顆粒。利用硬脂酸凝膠法可在600～1100℃很寬的溫度范圍內(nèi)合成BaTi2O5粉體，低溫時(shí)由于煅燒時(shí)間短，在合成BaTi2O5粉體的同時(shí)伴隨有雜相BaTiO3、BaCO3和TiO2的產(chǎn)生，但隨煅燒溫度的提高這些雜相衍射峰很快減小。900℃合成的BaT