鈦酸鋇合成工藝

11三月2024鈦酸鋇合成工藝鈦酸鋇是一種既不溶于水又耐熱性很好的新型強(qiáng)電體，所以有很大的實用價值。尤其在半導(dǎo)體技術(shù)和絕緣技術(shù)上顯得更為重要。（右圖為鈦酸鋇晶體元件）自從1987年由意大利的A.piccini首次用氟氧欽酸鋇灼燒制得BaTiO3以來，在一百多年的時間里，各種合成方法相繼而生。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，鈦酸鋇的用途將會更加廣泛。鈦酸鋇為淺灰色結(jié)晶，熔點約為1625℃，比重為6.0．溶于濃硫酸、鹽酸及氫氟酸，不溶于熱的稀硝酸、水及堿。具有五種結(jié)晶變型：六方晶型、立方晶型、四方晶型、正方晶型、三方晶型。室溫下以正方晶型穩(wěn)定。有毒，介電常數(shù)很高。當(dāng)BaTiO3受到高電流電場作用時，在居里點120℃以下會產(chǎn)生持續(xù)的極化效應(yīng)。極化的鈦酸鋇有兩個重要的性質(zhì)；鐵電性和壓電性。BaTiO3鐵電晶體中存在許多自發(fā)極化方向不同的小區(qū)域，每個區(qū)域由很多自發(fā)極化方向相同的晶胞構(gòu)成，這些小區(qū)域稱為“電疇”。具有電疇結(jié)構(gòu)的晶體稱為鐵電晶體或鐵電體BaTiO3四方相和立方相間的相變溫度，即鐵電晶體失去自發(fā)極化（電疇結(jié)構(gòu)消失）的最低溫度稱為居里溫度Tc（BaTiO3居里溫度約120℃）可看出：1、明顯的非線性2、居里溫度摻雜改性離子半徑相差較大、電價不同，固溶極限很小，但能使陶瓷性能顯著變化（有的加入物有移峰效應(yīng)，稱作移峰劑）。改變：居里峰寬度（溫度穩(wěn)定性）；居里溫度；峰值介電常數(shù)；陶瓷致密度等等。固相燒結(jié)法等摩爾混合，1250~1300℃下煅燒，固相反應(yīng)，合成的欽酸鋇再粉碎?？刂坪盟淼栏G的燒結(jié)溫度和時間是該工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。優(yōu)點：簡便易行，成本低，適應(yīng)面廣缺點：是必須依賴機(jī)械粉碎，長時間地粉碎會使物料造成嚴(yán)重污染;而且不易很準(zhǔn)確地把握配料，物料不易混合均勻，反應(yīng)也很難進(jìn)行得十分徹底;產(chǎn)品純度低;粒徑大，但分均一性差，不能滿足生產(chǎn)高級電子陶瓷的需要。此法生產(chǎn)的BaTiO3粉末平均粒徑為4μm，純度98.8%。

球磨是最常用的一種粉碎和混合裝置。被粉碎的物料和球磨介質(zhì)(亦稱料和球)裝在一個圓筒形球磨罐中。球磨罐旋轉(zhuǎn)時，帶動球撞擊和研磨物料，達(dá)到粉碎的目的。一般來說，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速越大，粉碎效率越高，但當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速時就失去粉碎作用。1、材料的細(xì)化助磨劑對粉體的吸附作用2、除鐵制備粉料時往往混入鐵質(zhì)，常采用電磁除鐵器除去其中的鐵質(zhì)。電磁除鐵器有干式和濕式。3、過濾一般采用壓濾的方法除去濕法細(xì)磨漿料中的水。困料困料是為使壓濾出來的泥餅水分分布均勻，常把泥餅放在避光、空氣不流通的室內(nèi)或密閉容器內(nèi)，保持10一20天。練泥經(jīng)過壓濾、困料的坯料組織疏松、不均勻，含有大量的氣泡，可塑性降低，擠壓成型性差。采用練泥的方法可除去坯料中的氣泡，提高其均勻性和致密度。4、干燥、造粒采用干壓成型時，造粒是重要的工藝之一。造粒工藝是將已經(jīng)磨得很細(xì)的粉料，經(jīng)過干燥，加黏合劑，做成流動性好的約0.1mm左右的顆粒。一般造粒工藝分為加壓造粒法和噴霧造粒法。現(xiàn)代陶瓷材料生產(chǎn)中，常用成型方法包括擠壓成型、干壓成型、熱壓鑄成型、注漿成型、軋膜成型、等靜壓成型和流延成型等。5、成型把粉料裝入富有彈件的塑料或橡皮模具中，放入等靜壓機(jī)的高壓密閉容器內(nèi)，液壓成型。（1）由于橡皮模具在各方向受到的壓力均等，坯·體的各個方向被均勻地壓實，因此制得的坯體密度高、均勻性好，燒成收縮小，不易變形和介裂．不分層，不易產(chǎn)生變形和開裂的廢品；（2）可制造大幾何尺寸和異型制品；（3）坯料不必加黏合劑(含水量1％一4％的粉料即可)，有利于燒成和降低瓷件的氣孔率；（4）坯件的機(jī)械強(qiáng)度高、可以滿足毛坯處理和機(jī)加工的需要；（5）不需要金屬模具，模具制造方便，成本低。使成型的坯體在高溫作用下致密化，完成預(yù)期的物理化學(xué)反應(yīng)，使陶瓷件具有需要的組成結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能過程。該過程通常分為從室混至最高燒成溫度時的升溫階段、高溫時的保溫階段和從最高溫度降至室溫的冷卻階段，有時還包括燒成后的處理階段。升溫階段圖(a)在811℃和982℃有兩個吸熱峰，它分別對應(yīng)BaTiO3由斜方轉(zhuǎn)變?yōu)榱浇Y(jié)構(gòu)和內(nèi)六方轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)的相變溫度。圖(b)中差熱曲線在1100一1150℃出現(xiàn)一個極強(qiáng)的吸熱峰，同時體積發(fā)生急劇膨脹，這標(biāo)志著BaTiO3的合成，此階段升溫速度不宜過快。保溫階段各組分充分進(jìn)行物理和化學(xué)變化，以獲得要求的致密、結(jié)構(gòu)和性能。冷卻階段伴隨液相凝固、析晶、相變等6、燒結(jié)倒焰窯隧道窯隧道窯兩側(cè)及頂部有固定的墻壁及拱頂，底部鋪設(shè)的軌道上運行著窯車。燃燒設(shè)備設(shè)在隧道窯的中部兩側(cè)，構(gòu)成了固定的高溫帶—燒成帶，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谒淼栏G前端煙囪或引風(fēng)機(jī)的作用下，沿著隧道向窯頭方向流動，同時逐步地預(yù)熱進(jìn)入窯內(nèi)的制品，這一段構(gòu)成了隧道窯的預(yù)熱帶。在隧道窯的窯尾鼓入冷風(fēng)，冷卻隧道窯內(nèi)后一段的制品，鼓入的冷風(fēng)流經(jīng)制品而被加熱后，再抽出送入干燥器作為干燥生坯的熱源，這一段便構(gòu)成了隧道窯的冷卻帶。

隧道窯與間歇式的舊式倒焰窯相比較的優(yōu)點：

1、生產(chǎn)連續(xù)化，周期短，產(chǎn)量大，質(zhì)量高；

2、利用逆流原理工作，因此熱利用率高，燃料經(jīng)濟(jì)，較倒焰窯可以節(jié)省燃料50-60%左右；

3、燒成時間減短，比較普通大窯由裝窯到出空需要3-5天，而隧道窯約有20小時左右就可以完成；

4、節(jié)省勞力。不但燒火時操作簡便，而且裝窯和出窯的操作都在窯外進(jìn)行，也很便利；5、提高質(zhì)量。預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶三部分的溫度，常常保持一定的范圍，容易掌握其燒成規(guī)律，因此質(zhì)量也較好，破損率也少；