超重力共沉淀法制備納米鈦酸鋇的研究

梁雅璐, 袁志國, 馬 瑤, 李宇龍

(1.中北大學 化學與化工學院, 山西 太原 030051; 2.中北大學 超重力化工過程山西省重點實驗室, 山西 太原 030051)

0 引 言

鈦酸鋇是一種典型的鈣鈦礦結構晶體[1], 具有較高的介電常數, 是制作熱敏電阻[2]、電子陶瓷[3]、多層陶瓷電容器[4](MLCC)等元件的高效原料。隨著元器件微型化的發展, 連續制備粒徑小、分布窄的鈦酸鋇粉體[5]逐漸成為目前的研究熱點之一。

研究發現, 向BaTiO3中添加稀土元素作為摻雜劑尤其是Sm3+可有效減小BaTiO3粉體粒徑[6-7], 由于Sm3+半徑比Ba2+半徑略小, Sm3+極易進入鈦酸鋇晶胞中, Sm3+在取代Ba2+時, 產生Ba空位和O空位, 使得其粒徑減小[8]。Petrovic等[9]采用固相法制備了Sm3+摻雜BaTiO3, 發現Sm3+的摻雜對晶粒的尺寸有抑制作用, 且可以提高鈦酸鋇陶瓷的穩定性, 但固相法不利于摻雜劑均勻混合至BaTiO3中。共沉淀法[10]具有工藝流程簡單、混合均勻等優點, 但也存在粉體粒度分布不均、粒徑大[11-12]的缺點。為此, 借助化工過程強化技術提升納米鈦酸鋇制備過程的效率與可控性, 其中撞擊流-旋轉填料床(IS-RPB)反應器[13]具有微觀混合效果好、混合時間短等特點, 使得粒子的成核及生長過程處于較均勻的環境中, 且制備得到的粉體粒徑小、粒度分布窄[14]。申紅艷等[15]利用IS-RPB制備的納米氫氧化鎂粒徑小、比表面積大且沉降性能好。故本文選用共沉淀法在撞擊流-旋轉填料床反應器中一步制備Sm3+摻雜納米BaTiO3粉體, 并探索超重力因子、撞擊初速度、摻雜濃度等工藝參數對鈦酸鋇粒徑和粒度分布的影響, 以期得到粒徑小的BaTiO3納米粉體, 從而為后續工業化生產粒徑小且分布均勻的鈦酸鋇和微小電子元件材料提供可靠途徑與方法。……