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世紀中葉發展起來的一種性能卓越的介電材料，即便其發展時間較短，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域內極為重要的組成部分，并且其作為電子陶瓷元器件的基礎材料，推動了電子工業的發展。近些年，全球電子工業發展迅速，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展也提出了較高要求[1]。在實際生產中，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方面不斷完善。

2 鈦酸鋇鐵電陶瓷的主要制備技術

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，所以當前工業上使用該方法生產鈦酸鋇粉效果較差。尤其是在電子產業中，對元件性能要求高，需要可靠、固態化、多功能性、多層化等高要求的元件。面對此趨勢，經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物具有結晶性好、組成均勻、粒徑可控、無團聚、純度極高等優勢，可充分發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、材料結構以及其介電性能均有顯著改變。具體體現在以下幾個方面。

通過觀察煅燒溫度方面可以發現，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；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變的相變發生生階段，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構和足夠高的致密度，鎂離子會凝在晶界上，使雜質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構，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，給反應容器一個適宜溫度，創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。并且在此條件下，也可以溶解并重新結晶。工業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體，再向反應液中加入一定量的強堿性溶劑來調節反應液的酸堿度，之后再將配置好的反應液前驅體加入到反應容器中，將之加熱到適當的反應溫度，提供相應的壓強，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物，形態為立方形的產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，通過對其生成產物的機理進行研究[4]，加以對內部細微結構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 結語

從整體來看，鈦酸鋇鐵電陶瓷的合成制備技術已經較為成熟，但對控制微粒形態及粒度分布等技術還稍顯薄弱。另外在提高生產率方面，高質量且低成本的工業化設備技術需要進一步提高。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，從而提高對鈦酸鋇鐵電陶瓷性能測試和表征技術的水平。