压电陶瓷材料钛酸钡的制备

化学化工学院材料化学专业实验报告

实验名称：压电陶瓷材料钛酸钡的制备

年级：日期：2011-9-14

姓名：学号：同组人：

一、预习部分

电子陶瓷用钛酸钡粉体超细粉体技术是当今高科技材料领域方兴未艾的新兴产业之一。由于其具有的高科技含量，粉体细化后产生的材料功能的特异性，使之成为新技术革命的基础产业。钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料，高纯超细钛酸钡粉体主要用于介质陶瓷、敏感陶瓷的制造，其中的多层陶瓷电容器、PTC热敏电阻器件与我们的日常生活密切相关，如PTC热敏电阻在冰箱启动器、彩电消磁器、程控电话机、节能灯、加热器等领域有着广泛的应用；MLC多层陶瓷电容在大规模集成电路方面应用广泛。

钛酸钡(BaTiO3)是最早发现的一种具有ABO3型钙钛矿晶体结构的典型铁电体,它具有高介电常数,低的介质损耗及铁电,压电和正温度系数效应等优异的电学性能,被广泛应用于制备高介陶瓷电容器,多层陶瓷电容器,PTC热敏电阻,动态随机存储器,谐振器,超声探测器,温控传感器等,被誉为"电子陶瓷工业的支柱". 近年来,随着电子工业的发展,对陶瓷元件提出了高精度,高可靠性,小型化的要求. 为了制造高质量的陶瓷元件,关键之一就是要实现粉末原料的超细,高纯和粒径分布均匀. 研究可以制备粒径可控, 粒径分布窄及分散性好的钛酸钡粉体材料的方法且能够大量生产成为了一个研究热点.

钛酸钡的制备方法

2.1 固相合成法固相合成法是制备BaTiO3粉体最传统的方法,此方法合成的BaTiO3粉体存在化学组分不均匀,颗粒较粗,粒径分布范围广等缺点,但是近几年来对于固相法的研究依然在延续. 研究了固相法制备的机理,首次用固相法制备了中空的BaTiO3颗粒. 与传统的固相法不同,他们所采用的工艺是:将粒径约为 1μm的BaCO3颗粒分散使其悬浮于peroxy-Ti水溶液中,通过沉淀作用在其表面包覆一层无定形TiO2.随后在700℃煅烧,由于核心区域材料的扩散远快于外层TiO2的扩散,得到的产物仍然能保持BaCO3颗粒原来的形貌,形成中空的BaTiO3颗粒.该结果的取得,丰富了固相法制备的原理.

2.2 沉淀法 2.2.1 草酸盐共沉淀法草酸盐共沉淀法是通过化学方法制备草酸氧钛钡, 经过滤, 洗涤, 干燥, 煅烧制得BaTiO3 粉体.是继固相法后使用较多的一种制备BaTiO3粉体的方法。草酸盐共沉淀法是一种制备纳米BaTiO3的可行方法,通过球磨,两步法煅烧等工艺,能制备粒径可控的BaTiO3粉体。

2.3 溶剂热法 2.4.1 普通溶剂热法溶剂热法是指在密封压力容器中, 以水(或其它液体)作为溶剂(也可以是固相成份之一), 在高温,高压的条件下制备材料的一种方法.溶剂热法的优点:粉体晶粒发育完整,粒径很小且分布均匀;团聚程度很轻;可以使用较廉价的原料等.溶剂热法是低能耗,低污染,低投入的纳米粉体制备方法,产量也较高.但是,溶剂热法也有一些缺点:由于溶剂热法是在高温高压条件下进行的,对设备要求比较高;实验过程是在密封容器中进行的,反应前驱物一旦加入到反应容器中, 其制备体系中各种组份之间的配比和浓度等参数就不能改变; 实验过程中不能对实验过程进行全程观察, 也不能在实验过程中对反应体系进行随机取样, 以分析研究制备过程中体系的变化情况.近年来,溶剂热法制备BaTiO3引起了广泛的研究兴趣,

二、实验部分

（一）实验目的

1.了解压电陶瓷原料钛酸钡的制备方法。

2.了解XRD的测试原理及掌握对合成产品质量进行分析。

（二）实验设备和试剂（略）

（三）实验原理

TiCl4+H2O→TiOCl2+2HCl

TiOCl2+BaCl2+4NaOH→BaTiO3↓+4NaCl+2H2O

该法的最大优点是可以直接得到结晶钛酸钡，通过控制反应PH，可以控制产物的粒径，得到纳米级的钛酸钡。

（四）实验试剂和仪器

仪器：电子天平、烧杯、量筒、磁力搅拌器、分液漏斗（2个）、布氏漏斗、抽滤瓶、烘箱、温度计、滤纸、PH试纸、循环水真空泵、X—衍射仪

试剂：氢氧化钠、氯化钡、四氯化钛、聚乙二醇、冰

（五）实验步骤；

1、各种溶液配置：BaCl2取0.01mol，TiCl4取0.011mol，钛钡混合液30ml，氢氧化钠取4g 配成30ml；

2、取250ml烧杯，加50ml蒸馏水，加热到80—90℃，同时电磁搅拌；

3、氢氧化钠溶液和钛钡混合液近等速同时加入到烧杯中，整个过程约20min，同时保持温度在80—90℃，pH大于13；

4、反应结束后保温陈化30min，冷却陈化2h，过滤洗涤浆料，150℃干燥40min，研磨得到粉体，以备检测。

5、研磨好的粉体，用X—衍射仪对样品进行物相鉴定，并在图谱上标出晶面常数。

三、实验结果分析

X衍射仪的测定

将研磨好的分体用X衍射仪对制备的样品进行物相测定，所得图谱：

XRD分析：

实验所得图谱与标准的钛酸钡XRD图谱基本相同。几个强度峰的位置大致在相同的范围内，所以可知该物质为钛酸钡。但是实验所得图谱和标准图谱有微小差别，出现了两处不该出现的峰，可知实验所制备的钛酸钡材料中含有一定量的杂质，其杂质峰约在24°和35°，根据实验条件，原料等原因探求，基本上可以确定杂质为碳酸钡。

而生成碳酸造成含有碳酸钡杂质的原因可能是：制取NaOH溶液的时候吸收的空气中的CO

2

钠溶液，里面含有碳酸根和钡离子反应生成碳酸钡杂质，所以在制取氢氧化钠溶液是最好现配现用，以免混入碳酸根杂质。

四．思考题

分析产品中的杂质可能引入的途径，采取哪些措施可以减少杂质的含量？

答：本实验的杂质主要集中在碳酸钡，估计为与空气接触造成碳酸钡生成。可能引入的途径：装置暴露在空气中，使用的氢氧化钠部分变质为碳酸钠等。减少杂质含量的措施：使装置封

闭，氢氧化钠现用现配，煅烧充分等。