Применение лазерного анализатора гранулометрического состава для определения размера частиц титаната бария (1))

1. Титанат бария и его развитие в промышленности

   Титанат бария - это прочный диэлектрический композиционный материал с высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями. Это один из наиболее широко используемых материалов в электронной керамике и известный как "основа индустрии электронной керамики".

Титанат бария, также известный как метакислота бария, растворим в концентрированной серной кислоте, соляной кислоте и плавиковой кислоте, но нерастворим в горячей разбавленной азотной кислоте, воде и щелочи. В настоящее время титанат бария имеет пять форм, а именно: квадратную кристаллическую форму, кубическую кристаллическую форму, кокубическую кристаллическую форму, тригональную кристаллическую форму и гексагональную кристаллическую форму. Наиболее распространенной является квадратная кристаллическая форма. При производстве сегнетоэлектрической керамики следует избегать образования гексагональной кристаллической фазы. На самом деле, гексагональная кристаллическая фаза образуется только при слишком высокой температуре обжига.

Титанат бария является основным сырьем для изготовления многих диэлектрических и пьезоэлектрических материалов, таких как керамические конденсаторы и термисторы. В последние годы, в связи с быстрым развитием керамической и электронной промышленности, спрос на BaTiO3 будет продолжать расти, и спрос на BaTiO3 будет продолжать расти. Требования к качеству также становятся все выше и выше. Получение высокочистых, ультратонких порошковых материалов является основным способом улучшения характеристик электронных керамических материалов. Поэтому исследования по получению высокочистого, однородного, ультратонкого и даже нанометрового титаната бария всегда были в центре внимания ученых из разных стран.

Титанат бария является основным исходным материалом для электронных керамических компонентов и называется основой электронной керамики. Благодаря своим хорошим сегнетоэлектрическим, низковольтным, выдерживающим напряжение и изоляционным свойствам он широко используется в производстве конденсаторов большой емкости, многослойных подложек, различных датчиков, полупроводниковых материалов и высокочувствительных компонентов. В связи с быстрым развитием электронных компонентов, стремящихся к высокой степени интеграции, точности, надежности, многофункциональности и миниатюризации, к получению материалов из титаната бария, отвечающих эксплуатационным требованиям, предъявляются все более высокие требования. Получение и исследование нанометрового титаната бария стало горячей точкой исследований.

Исследования по получению нанометрового порошка титаната бария всегда были актуальными в области науки и техники. Различные технологии получения были значительно усовершенствованы. В связи с растущим вниманием к электронной керамике из титаната бария размер, однородность и требования к различным аспектам, таким как чистота и сходство химических свойств конечного продукта, также становятся все более высокими. Поэтому необходимо провести углубленные исследования технологического механизма синтеза порошка титаната бария, а также контролировать форму, размер, эксплуатационные характеристики и другие технологии получения частиц. Взаимосвязь между ними следует обсудить более подробно; текущие результаты в основном находятся на стадии лабораторных исследований и мелкосерийного производства, а также следует изучить проблемы, связанные с крупносерийным производством; используемое в настоящее время устройство для синтеза наночастиц титаната бария нуждается в усовершенствовании, в частности, существует необходимо разработать промышленное оборудование с высокой производительностью, высокой производительностью выпускаемой продукции, высоким качеством и низкой стоимостью. Считается, что благодаря совершенствованию методов получения, расширению и углублению методов исследований, а также тесному сотрудничеству между материаловедением, физикой, химической инженерией и другими дисциплинами, титанат нанобария откроет широкие и привлекательные перспективы в электронной и керамической промышленности.

2. Получение нанометрового титаната бария

Титанат бария - это классический сегнетоэлектрический и пьезоэлектрический керамический материал. Благодаря своей высокой диэлектрической проницаемости, хорошим сегнетоэлектрическим, пьезоэлектрическим свойствам, сопротивлению напряжению и изоляционным свойствам, он в основном используется для изготовления конденсаторов высокой емкости, многослойных подложек, различных датчиков, полупроводниковых материалов и чувствительных компонентов. В условиях стремительного развития современной науки и техники, миниатюризации и высокой степени интеграции электронных компонентов возникает необходимость в получении и синтезе высококачественного керамического порошка на основе титаната бария, отвечающего требованиям разработки. Поэтому исследования по получению высокочистого, однородного, ультрадисперсного и даже нанометрового титаната бария всегда были в центре внимания ученых из разных стран. Благодаря совершенствованию методов получения, а также расширению и углублению методов исследований, получение титаната нанобария также перешло на новый этап.

С тех пор как в 1840-х годах было открыто сегнетоэлектрическое свойство титаната бария, различные страны начали изучать синтез и получение титаната бария. Жидкофазный метод эффективно контролирует микроструктуру и свойства порошка в процессе производства титаната бария с использованием физических и химических методов. С 1980-х годов жидкофазный метод постепенно стал широко использоваться в различных странах и постепенно превратился в три наиболее важных метода. Метод осаждения, золь-гель метод, гидротермальный метод.

    Преимущества метода осаждения заключаются в его простоте, низкой стоимости материалов и небольших затратах на оборудование. Легирующие элементы могут быть добавлены в процессе производства непосредственно для получения определенной рецептуры порошкового сырья, которая наиболее подходит для изготовления керамических деталей. Метод осаждения является широко используемым методом промышленного производства порошка титаната бария, а также первым коммерческим методом производства. Однако этот метод также имеет некоторые недостатки. Например, трудно получить нанопорошки с очень малыми размерами частиц. Частицы легко агломерируются и имеют широкий гранулометрический состав, что требует определенной последующей обработки. Синтезированный порошок слегка изменяется в зависимости от условий реакции, титана и бария. Удельные колебания велики, а качество продукта нестабильно.

Благодаря особым условиям реакции порошок, приготовленный гидротермальным способом, обладает преимуществами малого размера частиц, равномерного распределения и меньшей агломерации, а из его сырья легче получать продукты, соответствующие стехиометрическому соотношению и имеющие законченную кристаллическую форму; в то же время порошок не требует высокая температура При прокаливании позволяет избежать роста зерен, образования дефектов и образования отложений, а также обладает более высокой активностью при спекании. Однако либо синтезированный в этих работах BaTiO3 имеет метастабильную кубическую фазовую структуру вместо тетрагональной фазы, что не может удовлетворить требования к производительности электронных компонентов; либо нагрев воды требует высоких температур и длительного времени, что приводит к чрезмерным затратам на оборудование; либо термический синтез воды требует использования органического титана в качестве сырье, что приводит к высокой стоимости оборудования, или гидротермальный синтез требуют использования органического титана в качестве сырья, что приводит к высоким затратам на производство. Эти причины делают невозможным крупномасштабное производство гидротермального синтеза нанопорошка BaTiO3 с тетрагональной фазой. В то же время гидротермальный метод содержит примеси в порошке, что также ограничивает применение этого метода.

     В золь-гель методе часто используется технология дистилляции или перекристаллизации для обеспечения чистоты сырья. Во время процесса не образуются примеси, а полученный порошок отличается малым размером частиц, высокой чистотой и узким гранулометрическим составом. Однако сырье является дорогостоящим, органические растворители токсичны, а высокотемпературная термообработка приводит к быстрой агломерации порошка. Цикл реакции длительный, условия процесса трудно контролировать, производительность небольшая, а также его трудно масштабировать и внедрять в промышленность. .