固相法制备钛酸钡
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固相法师将等物质的量的钡化合物(如BaCO3)和钛化合物(如TiO2)混合,研磨后,在如干个压力下挤压成型,然后与1200℃进行煅烧,煅烧物再粉碎,湿磨,压滤,干燥,研磨,即得钛酸钡粉体成品。
该工艺的流程稍长一些,通常固相法具有工艺、设备简单,原料易得的优点。
所用的钡原料主要是碳酸钡,也有用草酸钡、氧化钡或柠檬酸钡等;钛原料一般是二氧化钛。
原料BaCO3和TiO2的化学成分、纯度、晶型、粒径等是至关重要的因素。
BaCO3要注意分析碱金屑氧化物及SrO的含量。
如K+ ,Na + 多,则导致BaTiO3瓷烧结时粘壁和难以半导体化;SrO多则烧结困难,但能提高介电常数。
氯化法生产的TiO2可除去Nb2O5。
,而硫酸法生产的TiO2,要使Nb2O5含量低于0.2%是很困难的,而
Nb2O5的存在不利于半导体化。
影响固相法产品质量和能耗的其他重要因素分述如下:
(1)原料颗粒大小的影响在固相反应中,所用粉末较径越大,所需反应时间越长,温度越高。
即使粉末很细,若混合不好,备组分之
间结成块状,也会出现与使用大额粒粉末相同的现象。
一般情况
TiO2粒径越大,反应速度越僵,正钛酸钡副产物越多。
若用氯化
法所得了TiO2粉末时,在O2和CO2气氛中,反应可在低干1000℃下完成、得到精细的BaTiO3粉末,颗粒小于0.15μm,反应活
性明显地增加。
当颗粒大小基本一样,而聚集状态不同时,如用
高度分散的TiO2,BaTiO3是唯一的产物;而用聚集的TiO2,,
则生成Ba2TiO4,BaTi4O9副产物。
通过球磨破坏大的TiO2:
集体,可以减少副产物的量。
延长球磨时间,产品质量基本上一
致,同细TiO2情况一样。
BaTiO3的颗粒大小可由原料TiO2颗
粒大小来控制,而与BaCO3颗粒大小无关。
(2)研磨状态的影响研磨可以加快生成BaTiO3的反应速度,并可降低反应温度。
等物质的量混合研磨,可使颗粒明显的减小,在混
合研磨20h后,BaCO3与TIO2在715℃便开始反应并达到高峰,。
若分别研磨欲达到平均粒径10-3 ——10 -4 mm TiO2和平均长
度10-3 mm针状BaCO3是比较困难的,在真空下混合研磨48h,500℃便开始反应,生成BaTiO3,800℃反应完成,而不研磨750℃才开始反应,1100℃终止。
(3)原料TiO2结晶类型的影响在BaCO3和TiO2反应中,TiO2
在BaO表面的扩散速度是控制步骤,金红石型TiO2活化能是
4.14X105 J/mol,锐钛型TiO2的活化能为2.43 X105 J/mol。
因
此推荐用锐钛型TiO2制BaTiO3。
(4)添加剂的影响据报道用LiF作添加剂的试验:BaCO3和TiO2的混合物没有加入LiF时,BaCO3>600℃开始分解,并伴
有BaTiO3生成,加了LiF后,BaCO3按两步分解,第一步在
400~500℃开始,同时程程氟化钡锂和氟化钡,经第一步分解后,500~600℃生成少量的BaTiO3,大于700℃反应迅速进行。