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溶胶-凝胶法制备电子陶瓷原料钛酸钡粉体
日期:2020-03-11    浏览次数:
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钛酸钡是钛酸盐系列电子陶瓷的基础原料,是电子陶瓷业的支柱。钛酸钡所具有高的介电常数和低介电损耗特点以及优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能,因此被广泛地应用于制造陶瓷敏感元件,尤其是PTC热敏电阻,多层陶瓷电容器(MLCCs),晶界层电容器,热电元件,压电陶瓷,声纳,传感器,电光显示板,聚合物基复合材料以及涂层等。


溶胶-凝胶法是世纪60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的一种工艺。溶胶凝胶法的基本原理是将金属醇盐或无机盐水解成溶胶,然后使溶胶凝胶化,再将凝胶干燥焙烧后得到纳米粉体。


1.利用Ba(OEt)2  Ti(OEt)4制备BaTiO3 粉体


Ba(OEt)2  Ti(OEt)4 为原料按1:1的比例分散在乙醇中,在有回流的条件下80℃处理溶胶。然后加入水和乙醇混合物是溶胶水解凝胶化,最后成为沉淀,沉淀在750℃煅烧的条件下可得粒度为30nm BaTiO3 粉体。可 XRD 图谱见图。


溶胶-凝胶法合成钛酸钡不同温度煅烧后的 XRD图谱

a)干凝胶(b)750℃(c)850℃(d)950℃(e)1000℃(f)1050℃(g)1250℃


钛醇盐和钡醇盐水解的时候可以获得一种-Ba-O-Ti-O-Ba-的交联前驱体,这种前驱体有助于确保合成粉体的钡钛比为 1:1。但是这个方法需要严格控制pH值,操作也比较复杂,同时水解过程使用了大量的有机物控制水解速率,不仅大大增加了成本,降低了工业应用的价值,同时使用的有机物往往具有一定的毒性,也使这种方法不利于工业应用。


2.利用BaAc2 和钛酸四丁酯合成钛酸钡粉体


利用 BaAc2 和钛酸四丁酯进行溶胶凝胶法合成钛酸钡粉体的研究。首先将钛酸四丁酯溶解到醋酸中,然后将作为表面活性剂的长链有机酸溶解到有机溶剂中并加入到钛酸四丁酯的醋酸溶液中混合均匀,然后将醋酸钡水溶液按照1:1的比例加入到上述混合溶液中,经过50-60℃凝胶,70-80℃形成干凝胶,经过900℃2h 预烧后即可获得20-55nm左右的钛酸钡粉体, 如图所示。


不同有机酸为表面活性剂制备的钛酸钡粉TEM 照片

a己酸 (b)癸酸 (c)十二烷酸


采用溶胶凝胶法合成钛酸钡粉体还有众多其他的方案,一般都是采用钡钛的醇盐或者无机盐,按照需要的摩尔百分比溶解在有机溶剂中,加入催化剂和表面活性剂,通过陈化等工艺形成溶胶,经过干燥后得到干凝胶,然后经过高温煅烧获得超细的钛酸钡粉体。这个过程中多采用蒸馏或重结晶技术保证原料的纯度,工艺过程中不引入杂质粒子,所得粉体粒径小、纯度高、粒径分布窄,是一种有前景的制备方法。不过这种方法也存在多个难以克服的缺点:原料价格昂贵,有机溶剂使用量较大而且具有毒性,高温热处理会使粉体快速团聚,反应周期长,工艺条件不易控制,产量小,难以放大和工业化,限制了其大规模使用。


粉体圈 易辰