钛酸钡合成工艺技术概述.pptx

2009年4月钛酸钡是一种既不溶于水又耐热性很好的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）要。（右图为钛酸钡晶体元件）自从自从19871987年由意大利的年由意大利的A.picciniA.piccini首次用氟氧钦酸钡灼烧制得首次用氟氧钦酸钡灼烧制得BaTiOBaTiO3 3以来，在一百多年的时间以来，在一百多年的时间里，各种合成方法相继而生。里，各种合成方法相继而生。随着电子工业的发展，钛酸钡的用途将随着电子工业的发展，钛酸钡的用途将会更加广泛。会更加广泛。钛酸钡为浅灰色结晶，熔点约为钛酸钡为浅灰色结晶，熔点约为钛酸钡为浅灰色结晶，熔点约为钛酸钡为浅灰色结晶，熔点约为16251625，比重为，比重为，比重为，比重为6.06.0溶于浓硫酸、盐酸及氢氟酸，不溶于热的稀溶于浓硫酸、盐酸及氢氟酸，不溶于热的稀溶于浓硫酸、盐酸及氢氟酸，不溶于热的稀溶于浓硫酸、盐酸及氢氟酸，不溶于热的稀硝酸、水及碱。硝酸、水及碱。硝酸、水及碱。硝酸、水及碱。具有五种结晶变型：六方晶型、立方晶型、四方晶具有五种结晶变型：六方晶型、立方晶型、四方晶具有五种结晶变型：六方晶型、立方晶型、四方晶具有五种结晶变型：六方晶型、立方晶型、四方晶型、正方晶型、三方晶型。室温下以正方晶型稳定。型、正方晶型、三方晶型。室温下以正方晶型稳定。型、正方晶型、三方晶型。室温下以正方晶型稳定。型、正方晶型、三方晶型。室温下以正方晶型稳定。有毒，介电常数很高。有毒，介电常数很高。有毒，介电常数很高。有毒，介电常数很高。当当当当BaTiOBaTiO3 3受到高电流电场受到高电流电场受到高电流电场受到高电流电场作用时，在居里点作用时，在居里点作用时，在居里点作用时，在居里点120120以下会产生持续的极化效以下会产生持续的极化效以下会产生持续的极化效以下会产生持续的极化效应。极化的钛酸钡有两个应。极化的钛酸钡有两个应。极化的钛酸钡有两个应。极化的钛酸钡有两个重要的性质；铁电性和压重要的性质；铁电性和压重要的性质；铁电性和压重要的性质；铁电性和压电性。电性。电性。电性。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“电畴电畴”。具有电畴结构的晶体称为铁电晶体或铁电体铁电体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居里温度Tc（BaTiO3居里温度约120）可看出：可看出：1 1、明显的非线性、明显的非线性2 2、居里温度、居里温度掺杂改性掺杂改性离子半径相差较大、电价离子半径相差较大、电价不同，固溶极限很小，但不同，固溶极限很小，但能使陶瓷性能显著变化能使陶瓷性能显著变化（有的加入物有移峰效应，（有的加入物有移峰效应，称作移峰剂）。称作移峰剂）。改变：改变：居里峰宽度（温度稳定性）；居里峰宽度（温度稳定性）；居里温度；居里温度；峰值介电常数；峰值介电常数；陶瓷致密度等等。陶瓷致密度等等。固相烧结法固相烧结法等摩尔混合，等摩尔混合，12501300下煅烧，固相反应，合成的钦酸钡再粉碎。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。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底;产品纯度低产品纯度低;粒径大，但分均一性差，不能满足生产高级电子陶瓷的粒径大，但分均一性差，不能满足生产高级电子陶瓷的需要。需要。此法生产的此法生产的BaTiO3粉末平均粒径为粉末平均粒径为4m，纯度，纯度98.8%。球磨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。1、材料的细化、材料的细化助磨剂对粉体的吸附作用2、除铁、除铁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。3、过滤、过滤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。4、干燥、造粒、干燥、造粒采用干压成型时，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挤压成型、干干压成型压成型、热压铸成型热压铸成型、注浆注浆成型成型、轧膜成型轧膜成型、等静压成等静压成型型和流延成型流延成型等。5、成型、成型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。压成型。压成型。压成型。（1 1）由于橡皮模具在各方向受到的压力均等，坯）由于橡皮模具在各方向受到的压力均等，坯）由于橡皮模具在各方向受到的压力均等，坯）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，因体的各个方向被均匀地压实，因体的各个方向被均匀地压实，因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；产生变形和开裂的废品；产生变形和开裂的废品；产生变形和开裂的废品；（2 2）可制造大几何尺寸和异型制品；）可制造大几何尺寸和异型制品；）可制造大几何尺寸和异型制品；）可制造大几何尺寸和异型制品；（3 3）坯料不必加黏合剂）坯料不必加黏合剂）坯料不必加黏合剂）坯料不必加黏合剂(含水量含水量含水量含水量1 1一一一一4 4的粉料即可的粉料即可的粉料即可的粉料即可)，有利于烧成和降低瓷件的，有利于烧成和降低瓷件的，有利于烧成和降低瓷件的，有利于烧成和降低瓷件的气孔率；气孔率；气孔率；气孔率；（4 4）坯件的机械强度高、可以满足毛坯处理和机加工的需要；）坯件的机械强度高、可以满足毛坯处理和机加工的需要；）坯件的机械强度高、可以满足毛坯处理和机加工的需要；）坯件的机械强度高、可以满足毛坯处理和机加工的需要；（5 5）不需要金属模具，模具制造方便，成本低。）不需要金属模具，模具制造方便，成本低。）不需要金属模具，模具制造方便，成本低。）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。冷却阶段冷却阶段伴随液相凝固、析晶、相变等6、烧烧结结倒焰窑隧道窑 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高温带烧成带烧成带，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。其他合成方法其他合成方法醇盐水解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1m，纯度99.5%。此法获得的BaTiO3。粉末平均粒径为0.66m，纯度99.80%。碳酸氢按共沉淀法碳酸氢按共沉淀法有机酸共沉淀法有机酸共沉淀法其他合成方法其他合成方法液相共沉淀法液相共沉淀法