摘 要

钛酸钡具有优异的介电性能，大量地在电子元器件中使用。本文首先比较了几种传统的制备方法，最终利用共沉淀法来制备钛酸钡粉体。本文采用BaCl₂作为钡源，以钛酸四正丁酯作为钛源，以草酸盐在一定条件下将钛源和钡源进行共沉淀，得到钛酸钡超细粉体。系统考察了BaCl₂和钛酸四正丁酯溶液浓度、共沉淀温度、体系pH值对钛酸钡粉体合成及性能的影响。对草酸与钡钛生成的前驱物进行了差热分析，由此确定了煅烧温度时间。将前驱物置于马弗炉内在900℃下煅烧2小时获得了疏松的钛酸钡超细粉体，使用FT-IR、XRD和流动吸附色谱法对粉体进行了物化表征。

关键词：钛酸钡 超细粉体 制备 表征

Preparation and Characterization of Ultrafine Barium Titanate Powder

Abstract

As a kind of electronic ceramics with high dielectric constants, barium titanate has been extensively utilized for the production of multilayer ceramic capacitors, thermistors and electro-optic components. Several preparation methods were compared and co-precipitation method was utilized to synthesize BaTiO₃. Barium titanate ultrafine powder was prepared from barium chloride and tetra-n-butyl titanate through oxalate co-precipitation method.Influences of reaction temperature, concentration of raw materials and pH value on barium titanate precursor were studied. Differential thermal analysis was conducted to characterize precipitated precursor generated from oxalic acid, barium and titanium, through which calcination temperature and holding time were confirmed. The precursor was calcined at 900 Celsius in muffle furnace for two hours and loosened ultrafine barium titanate powder was obtained. The powder was characterized by using Fourier transform infrared spectrometer(FT-IR), X-ray diffraction (XRD)，and flow adsorption chromatography.

Key words:barium titanate; ultrafine powder; preparation; characterization

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1、钛酸钡粉体的制备方法 1

1.1. 固相法 1

1.2. 液相法 2

1.3. 其他方法 4

2、钛酸钡粉体的表征 4

3. 钛酸钡的应用 6

3.1 多层陶瓷电容器 6

3.2 PTC热敏电阻 6

3.3 陶瓷压力传感器 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验试剂 8

2.2 实验仪器 8

2.3 反应原理 9

2.3.1前驱体制备 9

2.3.2前驱体的热分解过程 10

2.4实验步骤 10

2.4.1浓度的影响 10

2.4.2反应体系pH值的影响 11

2.4.3反应温度的影响 11

2.5粉体物化性质表征 12

第三章 结果与讨论 13

3.1钛酸钡粉体物化表征 13

3.2前驱物的差热分析(DTA) 14

3.2.1 DTA分析步骤 14

3.2.2共沉淀产物的差热分析结果 14

3.3 FT-IR(傅里叶变换红外光谱测试) 15

3.4 XRD(X射线衍射分析) 16

3.5 BET（流动吸附色谱法） 21

3.5.1测定原理 21

3.5.2测定步骤 22

结论 24

致谢 25

参考文献 26

第一章 文献综述

钛酸钡粉体材料有两个重要的特点，高的介电常数和低的介电损耗，因此钛酸钡(BaTiO₃)是作电子元器件中的强介电材料的理想材料^[1]。在陶瓷中添加钛酸钡晶相可显著提升陶瓷材料的介电性能，该方法目前已广泛应用于多层陶瓷电容器(MLCC)、铁电多层陶瓷电容器(PLCC)及半导体陶瓷等材料的制备^[2,3]。因此，本文以钛酸钡粉体的制备、表征和应用为切入点进行概述。

1.1钛酸钡粉体的制备方法

跟据反应时原料相态和具体的工艺，通常可以将钛酸钡粉体合成工艺分为如下三类：固相法、液相法和气相法。其中，固相法是工业最为常见的钛酸钡粉体生产方法。液相法，别名湿化学法，该方法制备的钛酸钡粉体具有粒径细且分布窄，纯度高等特点。在液相法中，草酸盐沉淀法和水热法已经商业化；气相法仍需进一步验证^[4]。

1.1.1固相法

固相法是一种最为常见粉化工艺，目的是将粗颗粒粉碎变小，比如固传统反应法、机械力化学法(高能球磨法)等。固相法一般是以金属氧化物(TiO₂，BaO)或相应的盐(TiO₂，Ba(NO₃)₂)为原料，先分散均匀后磨细，再经过长时间高温煅烧，反应物以固态方式进行反应并最终生成目标粉体。固相法工艺具有如下的优势：工艺过程相对简单，技术路线比较成熟，设备简单实用，原料供应充分且价格低廉；但固相法有不足之处：固相间传质阻力大，造成粉体分布不均匀、粒径大、粉体纯度低，粉体颗粒易团聚等；而且高温反应往往需要消耗更多的能源，因此经济性不好。随着钛酸钡粉体制备技术的进步，也有文献报道了纳米级BaCO₃和TiO₂经高温煅烧制备超细BaTiO₃的新方法。MariaTB^[5]等就是利用这种新报道的方法成功的制备得到了超细BaTiO₃，但较高的成本限制了这种方法的广泛应用。

高能球磨法的原理利用机械力引发化学反应，使原料颗粒在快速细化和混合均匀。在混合的同时，机械力导致原料晶体产生结构缺陷，从而达到提高化学位能并降低反应温度的目的，即实现机械力化学合成^[6]。Gorelov B M课题组^[7]利用高能球磨法成功制备得到了纳米钛酸钡粉体，并利用XRD、DSC和拉曼光谱等分析方法表征制备的粉体，结果表明高能球磨法产品中立方相与四方相钛酸钡并存。Junmin Xuent课题组^[8]等在氮气保护下，以BaO和TiO₂为钡源和钛源，通过高能球磨法制备出四方相纳米钛酸钡，其粒径分布为14～30nm。研究发现高能球磨时，在钢球挤压产生的剪切作用下，原料粉体发生形变、冷焊和破碎，在较低温度下促进了新鲜洁净反应原料原子接触，显著缩短扩散距离，提高扩散系数。

1.1.2. 液相法

液相法也是钛酸钡粉体常用制备方法，有水热合成法、溶胶-凝胶法、沉淀法。在液相法中，由于水热法产品结晶度高、团聚少、烧结活性好，因此应用最为广泛^[9]。溶胶-凝胶法(Sol-Gel)简要制备过程如下：将无机物或金属醇盐溶解于溶剂中得到相应的钛源和钡源溶液，通过调控无机物或金属醇盐水解、生成溶胶，经陈化后得到凝胶，再经热处理得到钛酸钡。苏毅^[10]等采用溶胶-凝胶法将钛酸丁酯和乙酸钡转化为近似球形颗粒，粒径分布范围20～200nm的钛酸钡超细粉体。在常规溶胶-凝胶(Sol-Gel)法的基础上，洪盛志等^[11]开发了一种新的溶胶-水热-凝胶方法，以正钛酸丁酯和乙酸钡为钛源和钡源，在甲醇和乙二醇单甲醚溶剂中，合成得到了钛酸钡超细粉末，其粒径分布范围为15～50 nm；并对合成的钛酸钡粉体进行了DSC、FT-IR、XRD、TEM等表征。详细的BaTiO₃的合成步骤如下^[11]：1.配置乙酸钡/冰乙酸溶液；2配置正钛酸丁酯溶/甲醇-乙二醇独甲醚溶液；3 混合钛源和钡源溶液生成淡黄色溶胶，冰乙酸调整反应体系pH为3.0～4.0；4 搅拌一定时间后，溶胶水解（1h），生成透明淡黄色凝胶；5 凝胶陈化、烘干后得到的干凝胶经过热处理可制备出纳米超细钛酸钡粉体。

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