钛酸钡铁电陶瓷的制备以及研究

王重言

（华北理工大学 河北 唐山 063210）

1 引言

钛酸钡铁电陶瓷是20世纪中叶发展起来的一种性能卓越的介电材料，即便其发展时间较短，但其具有卓越的压电性能、介电性能及热释电性等，使其一跃成为功能陶瓷领域内极为重要的组成部分，并且其作为电子陶瓷元器件的基础材料，推动了电子工业的发展。近些年，全球电子工业发展迅速，其高性能、高精度、小型化的特点对主要原料提出了更高的要求，这无形中也对钛酸钡铁电陶瓷的发展也提出了较高要求[1]。在实际生产中，要求钛酸钡铁电陶瓷粉体超细、超纯，并对主要原料掺杂改性技术方面不断完善。

2 钛酸钡铁电陶瓷的主要制备技术

钛酸钡铁电陶瓷材料的常用制备方法有固相合成法、液相合成法两大类。针对每个大类的合成方法下面还包含了诸多支路，其具体操作各具特色。

传统固相合成法是一种常用的合成方法，但是由于该方法年代久远，因此所制备的产物粉体纯净度较低，且回收颗粒物体积大、化学活性较差，所以当前工业上使用该方法生产钛酸钡粉效果较差。尤其是在电子产业中，对元件性能要求高，需要可靠、固态化、多功能性、多层化等高要求的元件。面对此趋势，经过改进后的液相合成法可以达到较好的效果，液相合成法包括凝胶法、化学沉淀法、水热合成法等。由于这些方法合成温度要求低且其各组分是在分子水平合成的，所以该方法制备出来得纯钛酸钡粉产物具有结晶性好、组成均匀、粒径可控、无团聚、纯度极高等优势，可充分发挥元器件的电子性能。

3 钛酸钡铁电陶瓷的掺杂改性

钛酸钡铁电陶瓷在金属镁掺杂情况下，对其材料的煅烧温度、材料结构以及其介电性能均有显著改变。具体体现在以下几个方面。

通过观察煅烧温度方面可以发现，第一段下降且下降较快，是因为主要残余水分和溶剂正在挥发；第二阶段是主要残余有机物的燃烧和分解；第三阶段则是钛酸钡的分解[2]，同时，下降较缓慢正是因为钛酸钡由立方相向六方相转变的相变发生生阶段，其具体变化如图1所示。

图1 钛酸钡煅烧曲线

掺杂后的瓷体拥有细晶结构和足够高的致密度，镁离子会凝在晶界上，使杂质在晶界或晶界附近富集，阻碍晶界移动，阻碍晶粒生长，有利于钛酸钡陶瓷的细晶高致密结构，从而也提升了其介电性能，如图2所示。

图2 掺杂前后钛酸钡陶瓷表面对比图

4 钛酸钡纳米粉体的水热制备

水热法是在一定的封闭反应容器里，配置专用溶液作为反应介质，给反应容器一个适宜温度，创造高温高压的反应条件，主要反应物均为难溶或者不溶物质。并且在此条件下，也可以溶解并重新结晶。工业中最常用的水热合成法，主要是将原料金属离子按照电中性原则配比制备成反应前驱体，再向反应液中加入一定量的强碱性溶剂来调节反应液的酸碱度，之后再将配置好的反应液前驱体加入到反应容器中，将之加热到适当的反应温度，提供相应的压强，提供足够所需的反应时间使其充分反应[3]，合理利用原料；将所得产物粉体进行过滤，洗涤，进行烘干处理，即可得到纳米多晶粉体。这种水热反应制备出的产物，形态为立方形的产物即为立方相铁酸钡，其反应时间最大程度上被缩短，能够提高制备效率；另外，通过对其生成产物的机理进行研究[4]，加以对内部细微结构的扫描和固相动力学的分析，能够从两方面证实其形成溶解沉淀机制的可靠性。

5 结语

从整体来看，钛酸钡铁电陶瓷的合成制备技术已经较为成熟，但对控制微粒形态及粒度分布等技术还稍显薄弱。另外在提高生产率方面，高质量且低成本的工业化设备技术需要进一步提高。并且，在未来需要更加完善与深入研究纳米钛酸钡实用化技术，从而提高对钛酸钡铁电陶瓷性能测试和表征技术的水平。