鈦酸鋇粉體的水熱合成及性能研究.pdf

1、鈦酸鋇(簡(jiǎn)稱BT)是電子陶瓷工業(yè)領(lǐng)域一種重要的基礎(chǔ)材料，由于其具有高介電常數(shù)，良好的鐵電、壓電、耐壓及絕緣等性能，被廣泛地用于制作多層陶瓷電容器(簡(jiǎn)稱MLCC)、熱敏電阻、壓電陶瓷和光電器件等。隨著家電、計(jì)算機(jī)及通訊設(shè)備等的飛速發(fā)展，MLCC的需求越來越大。BT是制造MLCC的主要原料之一，MLCC的快速發(fā)展使得市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量BT粉體的需求與同俱增。同時(shí)，隨著MLCC向微型化、大容量等方向發(fā)展，需要進(jìn)一步在工藝技術(shù)上實(shí)現(xiàn)介質(zhì)層的薄層化和疊

2、層的多層化，而高純、超細(xì)、粒徑均勻的BI粉體是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文對(duì)近年來鈦酸鋇粉體的制備技術(shù)進(jìn)行了綜述，通過比較各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選用水熱合成工藝作為BT粉體的制備方法。研究了水熱合成過程中反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)物的鋇鈦摩爾比(Ba/Ti)、反應(yīng)時(shí)間、不同鈦源(TiCl4、納米TiO2)、表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基氯化銨、聚乙二醇2000)以及有機(jī)溶劑(乙醇和異丙醇)對(duì)粉體顆粒特征的影響。運(yùn)

3、用透射電鏡(TEM)、激光粒度分析儀、比表面積測(cè)量?jī)x、X射線衍射儀(XRD)、X射線熒光光譜儀(XRF)等測(cè)試儀器對(duì)粉體的微觀形貌、粒徑、比表面積、晶相組成、鋇與鈦的摩爾比(Ba/Ti)等進(jìn)行了分析表征，并對(duì)其陶瓷的性能進(jìn)行了探討。取得以下研究成果: 通過采用TiCl4-Ba(OH)2·H2O-NH4OH體系，對(duì)純水介質(zhì)條件下水熱合成BT粉體的研究，明確了反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)物Ba/Ti，反應(yīng)物濃度以及不同鈦源等工藝條件對(duì)粉

4、體質(zhì)量的影響:反應(yīng)溫度越高，晶體生長(zhǎng)速率越大，粉體的粒徑越大；隨反應(yīng)物Ba/Ti增大或反應(yīng)物濃度升高，反應(yīng)體系的過飽和度增大，成核速率提高，使得體系在相對(duì)較短的時(shí)間里形成更多的晶核，從而可得到晶粒粒徑較小的BT粉體；隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒生長(zhǎng)越充分，晶粒尺寸越大。同時(shí)，合成粉體的初始Ba/Ti過低會(huì)導(dǎo)致粉體中BaCO3雜質(zhì)相含量增多。運(yùn)用Visual Basic和Matlab聯(lián)合編程實(shí)現(xiàn)了上述各反應(yīng)條件與粉體粒徑的灰色關(guān)聯(lián)分析，明確了反

5、應(yīng)溫度對(duì)粉體粒徑的影響最大，其次是反應(yīng)物Ba/Ti和反應(yīng)物濃度，而反應(yīng)時(shí)間影響最小。此外，通過對(duì)TiCl4和納米TiO2兩種鈦源的比較研究，認(rèn)為以TiCl4作為鈦源可制備更優(yōu)質(zhì)的BT粉體。 為了改善粉體的分散性，抑制晶粒聚集生長(zhǎng)所導(dǎo)致的粉體顆粒尺寸較大、粒徑分布過寬以及品粒形狀不規(guī)則等現(xiàn)象，研究了幾類助劑對(duì)水熱合成BT粉體顆粒特征的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:加入十二烷基苯磺酸鈉，可使BT粉體的比表面積增大，平均粒徑減小。但用量過大時(shí)會(huì)

6、導(dǎo)致雜質(zhì)相BaSO4生成。十二烷基三甲基氯化銨和聚乙二醇對(duì)粉體粒徑影響較小。但當(dāng)三種表面活性劑添加量適當(dāng)時(shí)，都能明顯改善粉體的分散性。有機(jī)溶劑異丙醇和乙醇均能減小BT粉體的平均粒徑并改善其分散性，且效果明顯好于三種表面活性劑。當(dāng)反應(yīng)溫度為200℃，反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)，乙醇濃度為25％時(shí)，合成了分散性良好，平均粒徑約50nm的BT粉體，其粒徑分布寬度d90-d10僅約100nm。升高反應(yīng)溫度到240℃，制得粒徑分布寬度基本不變，平均粒徑約8

7、4nm，且d90和d10變小，團(tuán)聚指數(shù)AF(50)僅為1的粉體，其顆粒的均勻性和分散性得到進(jìn)一步改善。 水熱合成BT粉體常規(guī)燒結(jié)工藝條件下的適宜燒結(jié)溫度約為1250℃，此時(shí)其陶瓷的介電常數(shù)達(dá)到最大值。BT粉體的Ba/Ti比越接近于1，粉體結(jié)晶越完善，燒結(jié)后陶瓷的介電常數(shù)越高。微量組分Nb2O5或Nd2O3的摻入對(duì)BT陶瓷的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗影響較大，當(dāng)Nb、Nd兩元素的摻入量分別為0.3moL％、0.1moL％時(shí)，BT陶瓷的介電