高性能钛酸钡:电子陶瓷元器件行业的重要基础原料
钛酸钡是电子陶瓷元器件行业的重要基础原料,由于具有很高的介电常数、优异的铁电和压电性能、且还具备耐压及绝缘性能,普遍应用于多层陶瓷电容器(MLCC)、热敏电阻(PTC)、光电器件以及各种随机存储器等电子元器件中,被誉为“电子陶瓷工业的支柱”,也是电子陶瓷中使用最广、用量最大的重要原料之一。
性能特点
钛酸钡(BaTiO3)作为一种典型的ABO3型功能材料,主要有立方相(顺电相)和四方相(铁电相)两种晶型。立方相钛酸钡的结构是高度对称的,表现出顺电性,是一种各向同性电介质,而四方相钛酸钡由于四方结构的自发极化现象,使得它具有显著的铁电、压电、热电性能和能量采集性能,在陶瓷工业领域被广泛用于多种电子器件中,如多层陶瓷电容器、动态随机存储器、热敏电阻等。
此外,当钛酸钡的粒径达到纳米级时,还具有独特的光致发光性和光催化活性,可用于有机污染物降解,这些光学特性也都源于纳米级的四方结构。
钛酸钡粉体的制备方法
目前钛酸钡的制备方法主要固相合成法、水热法、溶胶凝胶法、草酸盐共沉淀法、直接沉淀法等。
1.固相合成法
固相法是将碳酸钡和二氧化钛原料等摩尔混合,并加入稀土改性材料,在1250~1300℃下煅烧,固相反应,合成的钛酸钡冷却后粉碎即得到钛酸钡粉体产品。
传统固相法,工艺简单,对设备要求不高,成本低,但产物粒径粗大,团聚现象严重。
2.水热法
在密封的压力容器中,以水为溶剂,在一定的温度和水的自生压力下,将含分散TiO2细粒子的Ba(OH)2水溶液进行水热处理,形成钛酸钡粉体。
水热法制得的钛酸钡晶体发育完整,粒度小且分布均匀,颗粒之间少团聚,颗度可控;原料较便宜,生产成本低;无需高温煅烧,避免了其中晶粒团聚和容易混入杂质的问题。但水热法对温度和压力等反应条件苛刻,对设备要求高,技术水平要求较高,产业化困难较大。
3.溶胶-凝胶法
将易水解的金属醇盐或无机盐在某种溶剂中与水发生反应,经水解、缩聚而逐渐凝胶化,经干燥和后处理得到钛酸钡粉体。溶胶-凝胶法制得的钛酸钡粉体化学均匀性好、纯度高、粒度小、粒度分布窄,化学活性强。但原料成本较高、且有机溶剂有毒性,工艺条件不易控制,粉体易团聚,难以实现大规模工业化。