纳米钛酸钡合成方法

法
料，进行长时间 原料加工便宜
聚，晶粒粗，粉体纯度低；
高温煅烧
能耗高
高能球磨 BaCO3和TiO2粉体 方法简单，设备可靠， 设备投资大，能耗高，粉体
法
作为前驱体，高 原料便宜，效率高
纯度低，颗粒不均匀
能球磨
源自文库
燃烧法等
有发展前景
纳米粉末合成技术还不成熟
液 相 法
溶胶凝胶 金属醇盐水解成
法
溶胶，然后凝胶
* BaCO 3
30 强
1000
度
20 500
10
0
*
*
0 50
2060 30 7040 5080 60 9070 80 90
晶 粒尺寸/nm 2
醋酸控制水热法—研究内容
• 中试放大
5kg中试原粉
25000
20000
15000
强
10000
度
5000
0
20
40
60
80
2
850℃3h 预烧
化学包覆性能测试圆片介电性能
纳米钛酸钡的合成工艺简介
• 钛酸钡是目前应用最广泛的功 能陶瓷材料之一
• 随着电子元器件表面安装技术 的普及，尤其是多层陶瓷电容 器（MLCC）的广泛应用， 钛酸钡的研究和应用也得到了 快速发展
• 钛酸钡基MLCC是现今用量 最大的片式电子元件
200nm以下甚至100nm以下钛酸钡成为主流 • 0201（0.5 mm×0.25 mm）甚至01005（0.25
mm×0.125 mm）的MLCC逐步进入市场实用 • 介质层厚度降到1微米及以下时，使用的钛酸钡粉体粒
径尺寸应为100-150nm才能确保MLCC器件性能稳定
1 mm
平均晶粒尺寸为200 nm
化学包覆才能满足小尺寸粉体掺杂工艺要求
• 晶粒尺寸小到100nm尺度，传统掺杂工艺无法满足可 靠性的要求，化学包覆工艺成为新的研究热点——化 学成分均匀，形貌规则（最好是球形），尺寸均匀， 分散性和结晶性好
化，再干燥焙烧
粉体粒径小 纯度高 粒径分布窄
原料价格昂贵 其反应周期长，工艺条件不 易控制 产量小，难以工业化
水热法 密闭的压力容器 溶剂热法 中制备纳米材料
粒度小；分布均匀；团 设备投资大 聚较少；原料便宜；结 产量较低 晶好
草酸盐法
方法简单,材料成本低； 难以得到粒径很小的纳米粉
设备投资少；在生产中 体；颗粒容易团聚；粒径分
介电常数 TCC
损耗%
• X5R配方，化学包覆后，单向加压，还
3000
原气氛烧结 1170oC
20
1190oC
10
2500
1200oC
1210oC
0
1170oC
1.8
1190oC
1.6
1200oC
1.4
1210oC
1.2
1170oC 1190oC 1200oC 1210oC
2000
-10
1.0
0.8
• 通过使用醋酸和 PEG 作 为 水 解 抑 制剂和表面活性 剂
❖ 晶粒尺寸<100nm ❖ 尺寸均匀 ❖ 分散性良好 ❖ 结晶性好 ❖ 形貌规则 ❖ 化学成分均匀 ❖ 反应条件温和 ❖ 工艺简单，成本低廉
-20 1500
0.6
-30
0.4
1000
-40
0.2
0.0
-100
-50
0
50
100
150
温度/oC
-50
-100
-50
0
50
100
150
温度/oC
-0.2
-100
-50
0
50
温度/oC
100
150
介温曲线
TCC曲线
损耗
❖ 性能基本满足X5R要求，甚至接近X7R ❖ 烧结温度越高介电常数越高，TCC性能越差 ❖ 损耗都在2%以下
不同合成方法粉体形貌和优缺点对比
❖ 水热法
❖ 晶粒尺寸<100nm ❖ 尺寸均匀 ❖ 分散性良好 ❖ 结晶性好 ❖ 形貌规则 ❖ 化学成分均匀 ❖ 反应条件温和 ❖ 工艺简单，成本低廉
不同方法合成简略方条件法粉体优点形貌和优缺缺点 点
固 相 法
对比 传统反应 BaCO3和TiO2为原 简单成熟，设备可靠， 粉体化学成分不均匀，易团
超细的高活性前
驱体
加入少量氨水，离心沉淀
• 分离出前驱体用 于后续水热反应
一定量去离子水将沉淀重新 分散，加入计算量
Ba(OH)2·8H2O，水热反应
醋酸控制水热法—硕士研究内容
• 水热法140℃，4小时：平均尺寸72.4nm，其中86%的 晶粒尺寸误差在±15%之内
数量
50 2000
40 1500
可以添加掺杂元素
布宽；钛钡比波动较大
醋酸控制水热法—硕士研究内容
• 使用醋酸和PEG作 为水解抑制剂和
移取适量 Ti（OC4H9)4，加入少 量无水乙醇溶解成黄色液体，同
时加入醋酸搅拌均匀
表面活性剂，使 钛酸四丁酯缓慢
滴加到溶有PEG及醋酸的水溶液中，剧 烈搅拌（冰水浴及常温均可），形成
水解，形成均匀、 淡黄色粘稠溶液，水浴老化
不同合成方法粉体形貌和优缺点对比
❖ 溶胶凝胶法
❖ 晶粒尺寸<100nm ❖ 尺寸均匀 ❖ 分散性良好 ❖ 结晶性好 ❖ 形貌规则 ❖ 化学成分均匀 ❖ 反应条件温和 ❖ 工艺简单，成本低廉
不同合成方法粉体形貌和优缺点对比
❖ 草酸盐法
❖ 晶粒尺寸<100nm ❖ 尺寸均匀 ❖ 分散性良好 ❖ 结晶性好 ❖ 形貌规则 ❖ 化学成分均匀 ❖ 反应条件温和 ❖ 工艺简单，成本低廉
传统固相法（亚微米级）
化学包覆方法（纳米级）
不同合成方法粉体形貌和优缺点对比
❖ 固相法
• 晶粒尺寸<100nm • 尺寸均匀 • 分散性良好 • 结晶性好 • 形貌规则 • 化学成分均匀 • 反应条件温和 • 工艺简单，成本低廉
不同合成方法粉体形貌和优缺点对比
❖ 燃烧法
❖ 晶粒尺寸<100nm ❖ 尺寸均匀 ❖ 分散性良好 ❖ 结晶性好 ❖ 形貌规则 ❖ 化学成分均匀 ❖ 反应条件温和 ❖ 工艺简单，成本低廉