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電子陶瓷工業的支柱——鈦酸鋇粉體的特性與制備工藝

發布時間:2021-09-13 16:36:21

中國陶瓷CMF設計研究應用平臺

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鈦酸鋇(BaTiO3)由于具有很高的介電常數、優異的鐵電和壓電性能、且還具備耐壓及絕緣性能,普遍應用于多層陶瓷電容器(MLCC)、熱敏電阻(PTC)、光電器件以及各種隨機存儲器等電子元器件中,被譽為“電子陶瓷工業的支柱”。 


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高性能鈦酸鋇粉體需具備怎樣的性能?

近年來,隨著電子信息產業的飛速發展對電子設備、家用電器、交通設備的要求越來越高,電子元器件向小型化、智能化和精密化發展。


以常見的MLCC為例,尺寸由0402逐漸發展為0201、01005,相應的介質層厚度也降低到1μm或以下,因此對鈦酸鋇也提出了更高的要求,晶粒更細、活性更好、穩定性更高的四方相鈦酸鋇粉體被產業廣泛需求,并開始應用于電子元器件。


鈦酸鋇(BaTiO3)作為一種典型的ABO3型功能材料,主要有立方相(順電相)和四方相(鐵電相)兩種晶型。


立方相鈦酸鋇的結構是高度對稱的,表現出順電性,是一種各向同性電介質,而四方相鈦酸鋇由于四方結構的自發極化現象,使得它具有顯著的鐵電、壓電、熱電性能和能量采集性能,在陶瓷工業領域被廣泛用于多種電子器件中,如多層陶瓷電容器、動態隨機存儲器、熱敏電阻等。


此外,當鈦酸鋇的粒徑達到納米級時,還具有獨特的光致發光性和光催化活性,可用于有機污染物降解,這些光學特性也都源于納米級的四方結構。


特別重要的是,納米尺寸的四方相鈦酸鋇的上述性能和應用均與納米粒子的粒徑密切相關,體現出明顯的粒度效應,有研究者發現,隨納米BaTiO3粒徑減小,其介電常數、居里溫度、介電損耗都隨之減??;納米BaTiO3的抗彎剛性隨粒徑減小而增強;BaTiO3的光致發光性受粒徑影響。


綜上所述,根據不同用途和要求,制備所需粒徑范圍的四方相納米BaTiO3就顯得尤為重要。


鈦酸鋇制備方法

當前,鈦酸鋇的制備方法主要可分為液相法和固相法兩大類。


液相法制備的鈦酸鋇粒徑分布窄,分散性好,但反應過程中,對設備、溫度、壓力要求嚴格,且液相法制備的鈦酸鋇晶體表現缺陷較多,對MLCC的燒結及介電性能有較大影響。


傳統固相法,工藝簡單,對設備要求不高,成本低,但產物粒徑粗大,團聚現象嚴重。盡管傳統的固相合成法有很多缺點,但由于固相合成的鈦酸鋇表面缺陷少,且為100%四方相,因此日本等先進鈦酸鋇制造廠家均采用固相合成生產鈦酸鋇。


盡管鈦酸鋇的制備方法較多,但高性能納米四方相鈦酸鋇的制備是個重點更是個難點,一般采用水熱法和溶膠凝膠法制備。山東工陶院研究人員采用模板定向生長法,在室溫環境中構建球形結構鈦酸鋇粉體,通過低溫(75~200℃)處理,得到具備四方相晶型的鈦酸鋇粉體,具有結晶度高、純度高以及成本低的優勢。


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