钛酸钡的合成方法
时间:2022-05-09
阅读:
今天隆傲电子对钛酸钡的几种常见的合成方法做了简单的整理,介绍如下。
1、固相合成法
钛酸钡的主要原料为碳酸钡和二氧化钛。固相法是钛酸钡粉体的传统制备方法,典型的工艺是将等量碳酸钡和二氧化钛混合,在1500℃温度下反应24h,反应式为:BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 。
该法工艺简单,设备可靠。但由于是在高温下完成固相间的扩散传质,由于陶瓷粉体的特有性质,其所得BaTiO3粉体粒径比较大(微米级) ,必须再次进行球磨。高温煅烧能耗较大,化学成分不均匀,影响烧结陶瓷的性能,团聚现象严重,较难得到纯 BaTiO3晶相,粉体纯度低,原料成本较高。一般只用于制作技术性能要求较低的产品。
2、草酸盐共沉淀法
将精制的 TiCl4 和 BaCl2 的水溶液混合, 在一定条件下以一定速度滴加到草酸溶液中,同时加入表面活性剂,不断搅拌即得到 BaTiO3 的前驱体草酸氧钛钡沉淀BaTiO(C2O4) 4· 4H2O(BTO) 。该沉淀物经陈化、过滤、洗涤、干燥和煅烧,可得到化学计量的烧结良好的 BaTiO3 微粒:
TiCl4+BaCl2+2H2C2O4+4H2O→BaTiO(C2O4) 2· 4H2O↓ +6HCl,
BaTiO(C2O4)2·4H2O→BaTiO3+4H2O+2CO2↑ +2CO↑。
该法工艺简单,但容易引入杂质,产品纯度偏低,粒度目前只能达到 100nm 左右,前驱体BTO煅烧温度较低,产物易掺杂,难控制前驱体 BTO 中 Ba/Ti 的物质的量比;微粒团聚较严重,反应过程中需要不断调节体系pH值。尽管有不同的改进方法, 但仍难于实现工业化生产。
3、醇盐水解法
一般以Ba和Ti的醇盐为原料。将两种醇盐按化学计量溶解在醇中,或用钡钛双金属醇盐溶解在醇中。然后在一定条件下水解,最后将水解产物经过热处理制得BaTiO3粉体。该法制得的粉体纯度高、分散性好、烧结活性好、粒度小,并且在制成溶液中一步加入掺杂剂,如镧、钕、钪、铌等元素,从而获得原子尺寸混合掺杂。该方法可以制备多组分钛酸钡基陶瓷粉体。但醇盐价格高,且容易吸潮水解,不适合大规模生产。
4、水热合成法
水热合成法是在密封高压釜中,以水为溶剂在一定的温度和蒸汽压力下,使原始混合物进行反应的合成方法。近年来用水热法制备高质量纳米小尺寸BaTiO3微粒受到了广泛关注,已成为制备高端钛酸钡的首选合成法。如通过高活性水合氧化钛与氢氧化钡水溶液反应,其反应温度和压力大大降低,水热法可在较低温度下直接从溶液中获得晶粒发育完好的粉体,且粒度小,化学成分均匀,纯度高,团聚较少。该法原料价格低,Ba/Ti 物质的量比可准确地等于化学计量比,粉体具有高的烧结活性。但该法存在需要较高压力,氯盐易引起腐蚀,采用活性钛源时要控制活性钛源前驱体的水解速率,避免 Ti-OH 基团快速自身凝聚和Ba缺位等问题。
1、固相合成法
钛酸钡的主要原料为碳酸钡和二氧化钛。固相法是钛酸钡粉体的传统制备方法,典型的工艺是将等量碳酸钡和二氧化钛混合,在1500℃温度下反应24h,反应式为:BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 。
该法工艺简单,设备可靠。但由于是在高温下完成固相间的扩散传质,由于陶瓷粉体的特有性质,其所得BaTiO3粉体粒径比较大(微米级) ,必须再次进行球磨。高温煅烧能耗较大,化学成分不均匀,影响烧结陶瓷的性能,团聚现象严重,较难得到纯 BaTiO3晶相,粉体纯度低,原料成本较高。一般只用于制作技术性能要求较低的产品。
2、草酸盐共沉淀法
将精制的 TiCl4 和 BaCl2 的水溶液混合, 在一定条件下以一定速度滴加到草酸溶液中,同时加入表面活性剂,不断搅拌即得到 BaTiO3 的前驱体草酸氧钛钡沉淀BaTiO(C2O4) 4· 4H2O(BTO) 。该沉淀物经陈化、过滤、洗涤、干燥和煅烧,可得到化学计量的烧结良好的 BaTiO3 微粒:
TiCl4+BaCl2+2H2C2O4+4H2O→BaTiO(C2O4) 2· 4H2O↓ +6HCl,
BaTiO(C2O4)2·4H2O→BaTiO3+4H2O+2CO2↑ +2CO↑。
该法工艺简单,但容易引入杂质,产品纯度偏低,粒度目前只能达到 100nm 左右,前驱体BTO煅烧温度较低,产物易掺杂,难控制前驱体 BTO 中 Ba/Ti 的物质的量比;微粒团聚较严重,反应过程中需要不断调节体系pH值。尽管有不同的改进方法, 但仍难于实现工业化生产。
3、醇盐水解法
一般以Ba和Ti的醇盐为原料。将两种醇盐按化学计量溶解在醇中,或用钡钛双金属醇盐溶解在醇中。然后在一定条件下水解,最后将水解产物经过热处理制得BaTiO3粉体。该法制得的粉体纯度高、分散性好、烧结活性好、粒度小,并且在制成溶液中一步加入掺杂剂,如镧、钕、钪、铌等元素,从而获得原子尺寸混合掺杂。该方法可以制备多组分钛酸钡基陶瓷粉体。但醇盐价格高,且容易吸潮水解,不适合大规模生产。
4、水热合成法
水热合成法是在密封高压釜中,以水为溶剂在一定的温度和蒸汽压力下,使原始混合物进行反应的合成方法。近年来用水热法制备高质量纳米小尺寸BaTiO3微粒受到了广泛关注,已成为制备高端钛酸钡的首选合成法。如通过高活性水合氧化钛与氢氧化钡水溶液反应,其反应温度和压力大大降低,水热法可在较低温度下直接从溶液中获得晶粒发育完好的粉体,且粒度小,化学成分均匀,纯度高,团聚较少。该法原料价格低,Ba/Ti 物质的量比可准确地等于化学计量比,粉体具有高的烧结活性。但该法存在需要较高压力,氯盐易引起腐蚀,采用活性钛源时要控制活性钛源前驱体的水解速率,避免 Ti-OH 基团快速自身凝聚和Ba缺位等问题。