钛酸钡合成工艺

钛酸钡合成工艺2009年4月钛酸钡是一种既不溶于水又耐热性很好的新型强电体，所以有很大的实用价值。尤其在半导体技术和绝缘技术上显得更为重要。（右图为钛酸钡晶体元件）自从1987年由意大利的A.piccini首次用氟氧钦酸钡灼烧制得BaTiO3以来，在一百多年的时间里，各种合成方法相继而生。随着电子工业的发展，钛酸钡的用途将会更加广泛。BaTiO3铁电晶体中存在许多自发极化方向不同的小区域，每个区域由很多自发极化方向相同的晶胞构成，这些小区域称为“电畴”。具有电畴结构的晶体称为铁电晶体或铁电体BaTiO3四方相和立方相间的相变温度，即铁电晶体失去自发极化（电畴结构消失）的最低温度称为居里温度Tc（BaTiO3居里温度约120℃）可看出：1、明显的非线性2、居里温度掺杂改性离子半径相差较大、电价不同，固溶极限很小，但能使陶瓷性能显著变化（有的加入物有移峰效应，称作移峰剂）。改变：居里峰宽度（温度稳定性）；居里温度；峰值介电常数；陶瓷致密度等等。固相烧结法等摩尔混合，1250~1300℃下煅烧，固相反应，合成的钦酸钡再粉碎。控制好隧道窑的烧结温度和时间是该工艺的关键环节。优点：简便易行，成本低，适应面广缺点：是必须依赖机械粉碎，长时间地粉碎会使物料造成严重污染;而且不易很准确地把握配料，物料不易混合均匀，反应也很难进行得十分彻底;产品纯度低;粒径大，但分均一性差，不能满足生产高级电子陶瓷的需要。此法生产的BaTiO3粉末平均粒径为4μm，纯度98.8%。球磨是最常用的一种粉碎和混合装置。被粉碎的物料和球磨介质(亦称料和球)装在一个圆筒形球磨罐中。球磨罐旋转时，带动球撞击和研磨物料，达到粉碎的目的。一般来说，球磨机转速越大，粉碎效率越高，但当球磨机转速超过临界转速时就失去粉碎作用。助磨剂对粉体的吸附作用制备粉料时往往混入铁质，常采用电磁除铁器除去其中的铁质。电磁除铁器有干式和湿式。一般采用压滤的方法除去湿法细磨浆料中的水。困料困料是为使压滤出来的泥饼水分分布均匀，常把泥饼放在避光、空气不流通的室内或密闭容器内，保持10一20天。练泥经过压滤、困料的坯料组织疏松、不均匀，含有大量的气泡，可塑性降低，挤压成型性差。采用练泥的方法可除去坯料中的气泡，提高其均匀性和致密度。采用干压成型时，造粒是重要的工艺之一。造粒工艺是将已经磨得很细的粉料，经过干燥，加黏合剂，做成流动性好的约0.1mm左右的颗粒。一般造粒工艺分为加压造粒法和喷雾造粒法。现代陶瓷材料生产中，常用成型方法包括挤压成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型和流延成型等。把粉料装入富有弹件的塑料或橡皮模具中，放入等静压机的高压密闭容器内，液压成型。（1）由于橡皮模具在各方向受到的压力均等，坯·体的各个方向被均匀地压实，因此制得的坯体密度高、均匀性好，烧成收缩小，不易变形和介裂．不分层，不易产生变形和开裂的废品；（2）可制造大几何尺寸和异型制品；（3）坯料不必加黏合剂(含水量1％一4％的粉料即可)，有利于烧成和降低瓷件的气孔率；（4）坯件的机械强度高、可以满足毛坯处理和机加工的需要；（5）不需要金属模具，模具制造方便，成本低。使成型的坯体在高温作用下致密化，完成预期的物理化学反应，使陶瓷件具有需要的组成结构和物理化学性能过程。该过程通常分为从室混至最高烧成温度时的升温阶段、高温时的保温阶段和从最高温度降至室温的冷却阶段，有时还包括烧成后的处理阶段。升温阶段图(a)在811℃和982℃有两个吸热峰，它分别对应BaTiO3由斜方转变为六方结构和内六方转变为四方结构的相变温度。图(b)中差热曲线在1100一1150℃出现一个极强的吸热峰，同时体积发生急剧膨胀，这标志着BaTiO3的合成，此阶段升温速度不宜过快。保温阶段各组分充分进行物理和化学变化，以获得要求的致密、结构和性能。冷却阶段伴随液相凝固、析晶、相变等倒焰窑隧道窑隧道窑两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带—烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。隧道窑与间歇式的旧式倒焰窑相比较的优点：1、生产连续化，周期短，产量大，质量高；2、利用逆流原理工作，因此热利用率高，燃料经济，较倒焰窑可以节省燃料50-60%左右；3、烧成时间减短，比较普通大窑由装窑到出空需要3-5天，而隧道窑约有20小时左右就可以完成；4、节省劳力。不但烧火时操作简便，而且装窑和出窑的操作都在窑外进行，也很便利；5、提高质量。预热带、烧成带、冷却带三部分的温度，常常保持一定的范围，容易掌握其烧成规律，因此质量也较好，破损率也少；6、窑和窑具都耐久。因为窑内不受急冷急热的影响，所以窑体使用寿命长，一般5-7年才修理一次。其他合成方法——醇盐水解法制得的BaTiO3粉末平均粒径为5一15nm，纯度为99.99%。就目前来说，此法制备的粉体纯度最高、粒度最细，化学活性最强。此法与草酸法的区别仅在于NH4HCO3便宜，来源广泛。所制备的BaTiO3。粉体平均粒径小于1μm，纯度99.5%。此法获得的BaTiO3。粉末平均粒径为0.66μm，纯度99.80%。碳酸氢按共沉淀法有机酸共沉淀法其他合成方法——液相共沉淀法