鈦酸鋇鐵電陶瓷的制備以及研究

王重言

（華北理工大學 河北 唐山 063210）

1 引言

鈦酸鋇鐵電陶瓷是20世紀中葉發(fā)展起來的一種性能卓越的介電材料，即便其發(fā)展時間較短，但其具有卓越的壓電性能、介電性能及熱釋電性等，使其一躍成為功能陶瓷領(lǐng)域內(nèi)極為重要的組成部分，并且其作為電子陶瓷元器件的基礎(chǔ)材料，推動了電子工業(yè)的發(fā)展。近些年，全球電子工業(yè)發(fā)展迅速，其高性能、高精度、小型化的特點對主要原料提出了更高的要求，這無形中也對鈦酸鋇鐵電陶瓷的發(fā)展也提出了較高要求[1]。在實際生產(chǎn)中，要求鈦酸鋇鐵電陶瓷粉體超細、超純，并對主要原料摻雜改性技術(shù)方面不斷完善。

2 鈦酸鋇鐵電陶瓷的主要制備技術(shù)

鈦酸鋇鐵電陶瓷材料的常用制備方法有固相合成法、液相合成法兩大類。針對每個大類的合成方法下面還包含了諸多支路，其具體操作各具特色。

傳統(tǒng)固相合成法是一種常用的合成方法，但是由于該方法年代久遠，因此所制備的產(chǎn)物粉體純凈度較低，且回收顆粒物體積大、化學活性較差，所以當前工業(yè)上使用該方法生產(chǎn)鈦酸鋇粉效果較差。尤其是在電子產(chǎn)業(yè)中，對元件性能要求高，需要可靠、固態(tài)化、多功能性、多層化等高要求的元件。面對此趨勢，經(jīng)過改進后的液相合成法可以達到較好的效果，液相合成法包括凝膠法、化學沉淀法、水熱合成法等。由于這些方法合成溫度要求低且其各組分是在分子水平合成的，所以該方法制備出來得純鈦酸鋇粉產(chǎn)物具有結(jié)晶性好、組成均勻、粒徑可控、無團聚、純度極高等優(yōu)勢，可充分發(fā)揮元器件的電子性能。

3 鈦酸鋇鐵電陶瓷的摻雜改性

鈦酸鋇鐵電陶瓷在金屬鎂摻雜情況下，對其材料的煅燒溫度、材料結(jié)構(gòu)以及其介電性能均有顯著改變。具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

通過觀察煅燒溫度方面可以發(fā)現(xiàn)，第一段下降且下降較快，是因為主要殘余水分和溶劑正在揮發(fā)；第二階段是主要殘余有機物的燃燒和分解；第三階段則是鈦酸鋇的分解[2]，同時，下降較緩慢正是因為鈦酸鋇由立方相向六方相轉(zhuǎn)變的相變發(fā)生生階段，其具體變化如圖1所示。

圖1 鈦酸鋇煅燒曲線

摻雜后的瓷體擁有細晶結(jié)構(gòu)和足夠高的致密度，鎂離子會凝在晶界上，使雜質(zhì)在晶界或晶界附近富集，阻礙晶界移動，阻礙晶粒生長，有利于鈦酸鋇陶瓷的細晶高致密結(jié)構(gòu)，從而也提升了其介電性能，如圖2所示。

圖2 摻雜前后鈦酸鋇陶瓷表面對比圖

4 鈦酸鋇納米粉體的水熱制備

水熱法是在一定的封閉反應容器里，配置專用溶液作為反應介質(zhì)，給反應容器一個適宜溫度，創(chuàng)造高溫高壓的反應條件，主要反應物均為難溶或者不溶物質(zhì)。并且在此條件下，也可以溶解并重新結(jié)晶。工業(yè)中最常用的水熱合成法，主要是將原料金屬離子按照電中性原則配比制備成反應前驅(qū)體，再向反應液中加入一定量的強堿性溶劑來調(diào)節(jié)反應液的酸堿度，之后再將配置好的反應液前驅(qū)體加入到反應容器中，將之加熱到適當?shù)姆磻獪囟龋峁┫鄳膲簭?，提供足夠所需的反應時間使其充分反應[3]，合理利用原料；將所得產(chǎn)物粉體進行過濾，洗滌，進行烘干處理，即可得到納米多晶粉體。這種水熱反應制備出的產(chǎn)物，形態(tài)為立方形的產(chǎn)物即為立方相鐵酸鋇，其反應時間最大程度上被縮短，能夠提高制備效率；另外，通過對其生成產(chǎn)物的機理進行研究[4]，加以對內(nèi)部細微結(jié)構(gòu)的掃描和固相動力學的分析，能夠從兩方面證實其形成溶解沉淀機制的可靠性。

5 結(jié)語

從整體來看，鈦酸鋇鐵電陶瓷的合成制備技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但對控制微粒形態(tài)及粒度分布等技術(shù)還稍顯薄弱。另外在提高生產(chǎn)率方面，高質(zhì)量且低成本的工業(yè)化設(shè)備技術(shù)需要進一步提高。并且，在未來需要更加完善與深入研究納米鈦酸鋇實用化技術(shù)，從而提高對鈦酸鋇鐵電陶瓷性能測試和表征技術(shù)的水平。