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激光粒度儀在鈦酸鋇粒度檢測中的應用

濟南微納 2015-11-26 | 閱讀：2044

鈦酸鋇及其行業(yè)發(fā)展

鈦酸鋇是一種強介電化合物材料，具有高介電常數(shù)和低介電損耗，是電子陶瓷中使用最廣泛的材料之一，被譽為”電子陶瓷工業(yè)的支柱。

鈦酸鋇又稱偏酸鋇，溶于濃硫酸、鹽酸及氫氟酸，不溶于熱的稀硝酸、水及堿。鈦酸鋇現(xiàn)有五中品形，即：正方晶形、立方晶形、協(xié)方晶形、三方晶形和六方晶形，最長見的是正方晶形。在鐵電陶瓷的生產中，六方晶相是應該避免的品相，實際上也只有當燒成溫度過高時才會出現(xiàn)六方晶相。

鈦酸鋇是制備陶瓷電容器和熱敏電阻器等許多介電材料和壓電材料的主要原料, 近幾年來, 隨著陶瓷工業(yè)和電子工業(yè)的快速發(fā)展, BaTiO3 的需求量將不斷增加，對其質量要求也越來越高。制備高純、超細粉體材料是提高電子陶瓷材料性能的主要途徑。所以高純、均勻、超細乃至納米化鈦酸鋇的制備研究一直是各國科學家的研究重點。

鈦酸鋇是電子陶瓷元件的基礎母體原料，被稱為電子陶瓷的支柱。因其良好的鐵電、低壓、耐壓及絕緣性能被廣泛地用于制作高電容電容器、多層基片、各種傳感器、半導體材料和高敏元件等。隨著電子元器件朝著高集成度、高精度、高可靠性、多功能和小型化方向的高速發(fā)展，對制備滿足性能要求的鈦酸鋇材料提出了更高的要求。納米鈦酸鋇的制備和研究已成為研究的一個熱點。

納米太酸鋇粉體的制備研究一直是科技領域的一個熱點，各種制備技術得到了很大的發(fā)展，隨著對鈦酸鋇電子陶瓷的日漸重視，對鈦酸鋇微粉尺寸、均勻性、純度和最終產品化學特性的相似等各方面的要求也越來越高，因此，有必要對合成鈦酸鋇粉體的過程機理進行深入研究，對控制顆粒的形狀、粒度、性能等技術及其之間的關系進行更加深入的探討；目前取得的成果多停留在實驗室和小規(guī)模生產階段，應當對大規(guī)模生產所涉及的問題進行研究；現(xiàn)用的納米鈦酸鋇顆粒合成裝置需要改進，尤其需要研制高產率、高產量、高質量且低成本的工業(yè)設備。基于制備方法的改進和研究手段的拓寬和深入，以及材料科學、物理學和化學工程等學科的密切合作，相信納米鈦酸鋇必將在電子工業(yè)和陶瓷工業(yè)上展示出廣闊的誘人前景。

納米鈦酸鋇的制備

鈦酸鋇是經(jīng)典的鐵電、壓電陶瓷材料，由于其具有搞得介電常數(shù)，良好的鐵電、壓電、耐壓及絕緣性能，主要用于制作高電容電容器、多層基片、各種傳感器、半導體材料和敏感元件。隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展和電子元件的小型化、高度集成化，需要制備與合成符合發(fā)展要求的高質量的鈦酸鋇基陶瓷粉體。所以高純、均勻、超細乃至納米化鈦酸鋇制備研究一直是各國科學家的研究重點。基于制備方法的改進和研究手段的拓寬和深入，納米鈦酸鋇的制備也邁入了新的階段

自從19世紀40年代發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇的鐵電性以來，各國就開始對鈦酸鋇的合成和制備進行了研究。液相法對鈦酸鋇生產過程中粉體微觀結構和性能進行物理、化學方法的有效控制，從80年代開始，液相法逐漸成為各國普遍重視的方法，逐漸發(fā)展成為3種最主要的方法：沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法。

沉淀法，具有方法簡單，材料成本低，設備投資少，在生產中可以添加摻雜元素，直接制得某種配方的粉體原料，最適用于陶瓷元件的制造。沉淀法是工業(yè)生產鈦酸鋇粉體較為廣泛的一種方法，也是最先商業(yè)化生產的方法。但該方法也存在一些缺點，如難以得到的粒徑很小的納米粉體，顆粒容易團聚、粒徑分布寬，需要一定的后處理，合成的粉體隨著反應條件的微小變化，鈦鋇比波動較大，產品質量不穩(wěn)定。

水熱法制備的粉體，由于特殊的反應條件，具有粒度小、分布均勻，團聚較少的優(yōu)點，且其原料更容易得到符合化學計量比并具有完整晶型的產物；同時粉體無需高溫煅燒處理，避免了晶粒長大、缺陷的形成和雜志的引入，具有較高的燒結活性等。但這些工作或者合成的BaTiO3為亞穩(wěn)態(tài)的立方相結構而非四方相，無法滿足電子元件性能的需要；或者水熱所需的溫度高，時間長，從而導致設備成本過高；又或者水熱合成需要使用有機鈦為原料，從而導致設備成本過高，又或者水熱合成需要使用有機鈦為原料，從而導致生產成本過高。這些原因導致無法實現(xiàn)四方相BaTiO3納米粉末水熱合成的規(guī)模化生產。同時水熱法在粉體中存在雜質，也限制了該法的應用。

溶膠-凝膠法多采用蒸餾或重結晶技術保證原料的純度，工藝過程中不引入雜質粒子，所得粉體粒徑小純度高、粒徑分布窄。但其原料價格昂貴、有機溶劑具有毒性以及高溫熱處理會使粉體快速團聚，并且反應周期長，工藝條件不易控制，產量小，難以放大和工業(yè)化。。

鈦酸鋇的粒度檢測

鈦酸鋇的晶體結構和性能與晶粒尺寸有密切的關系。隨著晶粒尺寸的減小，其晶體結構、鐵電性和相變溫度都表現(xiàn)出與粗晶材料不同的一些新穎特性。隨著對納米鈦酸鋇研究陶瓷敏感元件。尤其是溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC),多層陶瓷電容器（MLCCS).熱電元件，壓電陶瓷，聲納，紅外輻射探測，晶體陶瓷電容器，電光顯示器板，記憶材料，聚合物基復合材料以及圖層等。

眾所周知，具有高介電常數(shù)的鈣鈦礦型化合物的鈦酸鋇顆粒，被廣泛用于疊層電容器。而四方晶形鈦酸鋇作為高介電體被應用于陶瓷電容器、正熱敏電阻器、高頻振動子等電子部件。用于疊層電容器的鈦酸鋇顆粒，沒有聚集性、具有良好的分散性和高度的結晶性的顆粒需求很旺盛.例如，在制作溫度依賴性小的疊層電容器時，必須抑制鈦酸鋇原料粉體的晶粒生長。特別是為了獲得高容量電容器，鈦酸鋇原料粉體必須是四方晶型。

并且，為了使原料粉體成為具有優(yōu)良分散性的顆粒，鈦酸鋇顆粒的形狀應為球形，優(yōu)選盡量接近正球形。另一方面，近年來，鈦酸鋇作為形成疊層電容器的內部電極層的材料之一而被使用。

激光粒度儀在鈦酸鋇粒度檢測中的應用

本次測試采用的是Winner802納米粒度儀，測試范圍1-10000nm。測試樣品鈦酸鋇粒度較小，約為幾百納米。.樣品顆粒細，比表面積大，顆粒間及易發(fā)生團聚，測試之前必要將鈦酸鋇充分分散。先取少量樣品放入燒杯，加3-5滴50%的六偏磷酸鈉溶液，將樣品充分浸濕后，加20ml水，分別超聲2、5、10分鐘，再移取5mL樣品到樣品池中進行測試。3.超聲5分鐘與超聲10分鐘結果變化不大，通過比較加3-5滴六偏磷酸鈉超聲5分鐘測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。測試濃度不要太高，一般光子數(shù)在20-30較好。測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性誤差、標準偏差都較小。測試結果如下：