[发明专利]一种钛酸钡粉体的(亚)超临界连续水热合成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学合成方法，特别是一种钛酸钡粉体的(亚)超临界连续水热合成工艺，属于电子陶瓷粉体材料制备领域。

背景技术

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。

制造多层陶瓷电容器(MLCC)的钛酸钡粉体在粒度及分布、纯度等方面要求相对较高。而且，元器件的成本压力不断转化到钛酸钡介质等原材料上，因而原材料生产成本的降低也很迫切。近年，电脑、手机等整机产品的价格不断下滑，导致MLCC元件的均价以约每年5-10％的价格下降。MLCC等元器件的成本压力最终会转化到钛酸钡等原材料上。

目前，用来生产钛酸钡粉体的方法主要有固相合成法和水热法等。其中水热法合成的钛酸钡粉体粒径均匀、分散性好、纯度高、活性好，适于制造MLCC，属于高端钛酸钡粉体。但传统水热法一般采用间歇釜式生产，如专利CN1830806A、CN 101100310A、CN 1323759A均采用釜式间歇水热合成。这种方法存在反应周期长，设备清洗繁琐、生产效率较低、能耗较高等缺点。相比之下，超临界连续水热合成技术具有反应时间短、生产效率高、工艺条件易于控制、能耗相对较低等优点。而且，超临界化学也是一种“绿色化学”，能满足环保方面的需求。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足而提供一种钛酸钡粉体的(亚)超临界连续水热合成工艺。

本发明所采用的技术方案是：其具体工艺步骤如下：

(1)制备钛源：在钛源中加入矿化剂或沉淀剂，反应，配制钛溶液或含钛胶体，将配制好的钛源放入钛源容器中，保持强力搅拌；

(2)制备钡源：配制钡化合物溶液，将配制好的钡源放入钡源容器中，在惰性气体保护下保持强力搅拌；

(3)将钡源、钛源和高纯水分别用三个高压柱塞泵打入管式反应器中进行反应；

(4)反应完毕后的料浆进入冷却器中用高纯水冷却；

(5)经冷却后的浆料，由背压阀打入陶瓷膜洗涤装置进行进一步冷却，同时进行洗涤，浓缩；

(6)将步骤(5)所得洗涤合格的钛酸钡浆料进入喷雾干燥机进行干燥。

钛源为TiCl₄、偏钛酸、正钛酸、TiO₂粉体、TiO₂胶体、有机钛(钛酸四乙丁酯、钛酸异丙酯等)中的一种或多种；钡源为八水氢氧化钡、氯化钡、硝酸钡、醋酸钡中的一种或多种；矿化剂或沉淀剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的一种或多种。

采用TiCl₄为钛源时，将TiCl₄与氨水混合、反应，NH₄OH∶TiCl₄(摩尔比)≥4，将得到得白色凝胶洗涤、浓缩；钛源为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯等有机钛时，将钛酸四乙丁酯、钛酸异丙酯与水混合水解，生成沉淀，洗涤，浓缩；钛源为TiO₂或TiO₂胶体时，不加沉淀剂或矿化剂。

管式反应器中的反应温度为300～600℃，反应压力为10～50Mpa，反应时间为0.1～300秒，反应浓度(以Ti计)为0.01～1mol/L，反应物Ba/Ti(摩尔比)＝1～4，预热高纯水流量与钡源或钛源流量的比必须＞1。

本发明还可以采用的技术方案有：管式反应器中的反应温度为400～600℃，压力为25～50Mpa，反应物Ba/Ti(摩尔比)≥1.1时，可在少于1秒钟的反应时间内实现纳米钛酸钡粉体的极限连续合成。

本发明的第三种技术方案是：管式反应器中的反应温度为380～600℃，压力＞15Mpa，反应物Ba/Ti≥1.2，即可在5～300秒的反应时间内，直接合成得到不同轴率的四方相钛酸钡粉体。

管式反应器预热高纯水流量与钡源或钛源流量的比优选为3～10。

本发明的优点是：工艺简单可行，能连继生产，生产效率高，成本低，所得的钛酸钡粉体性状优质等。

附图说明

图1为本发明的合成装置示意图。

图中：1为高纯水容器，2为高压柱塞泵，3为预热器，4为管式反应器，5为加热器，6为钛源容器，7为钡源容器，8为冷却器，9为背压阀，10为陶瓷膜洗涤装置，11为喷雾干燥机。

具体实施方式