[发明专利]纳米级四方相钛酸钡粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米级四方相钛酸钡粉体及其制备方法，更详细地说是关于用溶剂热法制备纳米级四方相钛酸钡粉体，属于纳米陶瓷领域。

背景技术

多层陶瓷电容器(MLCC)是重要的电子元件，几乎可以用在所有的电子工业中，钛酸钡(BaTiO₃)是应用最广泛的钙钛矿铁电体，这在其具有很高的介电常数和长寿命的绝缘特性，钛酸钡陶瓷材料一直是MLCC研究的焦点所在。

未来MLCC的发展趋势可以概括为微型化、大容量化，并朝着环境友好的方向发展，过去的几十年中，MLCC已在微型化方面实现了快速进步。市场主流MLCC产品已由1206和0805，发展为0603和0402，并进而向0201和01005发展。未来微型化仍将成为MLCC研究开发的重要目标之一。这就需要进一步在工艺技术上实现介质层的薄层化和叠层的多层化，而高纯、粒径小且均匀、四方相结晶度高的钛酸钡粉体是实现上述目标的关键技术之一。

传统BaTiO₃粉体主要通过BaCO₃和TiO₂在1000～1200℃固相反应一定时间来制备，但制备的粉体颗粒粗大、表面活性差、团聚严重、组成偏析，最终会大大影响电子元器件的电性能。为了提高粉体的性能，近年来粉体的湿化学法合成得到了很大的发展，这些方法包括喷雾法、电泳沉积法、高温热解法、溶胶-凝胶法、水热法、超临界水热法等，这些方法制备的钛酸钡粉体粒径均匀、分散性好，但存在合成工艺复杂、合成设备昂贵等诸多问题，再者，湿化学法合成的钛酸钡粉体一般在室温下呈立方相的亚稳态。在用于制造MLCC之前需在至少800℃以上高温煅烧进行四方相转变。该相变过程必然伴随着粉体的晶粒生长和严重团聚，使得粉体的粒径均匀性和分散性变差，从而降低了湿化学法的优势。所以，开发出一种合成工艺简单、成本低、易于工业化生产的纳米级四方相钛酸钡粉体的制备方法显得尤为迫切和重要。

发明内容

本发明旨在开发出一种合成工艺简单、成本低、易于工业化生产的纳米级四方相钛酸钡粉体的制备方法及其钛酸钡粉体。

为了达成上述目的，本发明的一个方面为一种纳米级四方相钛酸钡粉体制备方法，包括以下步骤：制备包括钡源和钛源的反应前驱物；利用所述反应前驱物制备钛酸钡浆料；对所述钛酸钡浆料进行洗涤；对经洗涤的所述钛酸钡浆料进行干燥，得到钛酸钡粉体。

一些实施例中，将去离子水预热至80℃，称量适量的Ba(OH)₂·H₂O或Ba(OH)₂·8H₂O置于预热后的去离子水中，搅拌溶解，真空抽滤得到透明的Ba(OH)₂溶液，作为钡源；且将钛酸四丁酯和无水乙醇按照体积比1:1混合均匀，缓慢滴入适量浓度为25％的氨水并强制搅拌，制得白色Ti(OH)₄凝胶，作为钛源。

一些实施例中，制得的所述反应前驱物的Ba/Ti摩尔比不低于1.5。

一些实施例中，将所述钡源和钛源引入高压反应釜，在N₂保护下强制搅拌，搅拌均匀后以2～3℃/min的速率升温至220℃，保温12～48h，采用冷却水急冷后取出，得到所述钛酸钡浆料。

一些实施例中，所述洗涤包括重力沉降洗涤和陶瓷超滤膜洗涤。

一些实施例中，将所述钛酸钡浆料置于容器中，加入去离子水稀释，磁力搅拌后自然沉降，将上层清液抽出，再倒入去离子水稀释，磁力搅拌后自然沉降，抽出上层清液，如此反复，直至上层清液电导率达到180μs·cm^-1；并且将沉降洗涤后的所述钛酸钡浆料泵入陶瓷超滤膜装置，循环洗涤至滤液电导率小于20μs·cm^-1后浓缩，浓缩后钛酸钡浆料固含量约30％；

一些实施例中，确保过量Ba²⁺和其他杂质离子的去除，所合成的钛酸钡Ba/Ti摩尔比精确至1±0.002。

一些实施例中，对洗涤浓缩后的所述钛酸钡浆料超声分散，离心喷雾干燥。

本发明的另一方面为一种根据权利要求1所述的方法制备的纳米级四方相钛酸钡粉体，其特征在于，所述钛酸钡粉体为四方相，其c/a＝1.008，Ba/Ti(mol)＝0.9986，d_SEM＝85nm，D₁₀＝0.0601μm，D₅₀＝0.109μm，D₉₀＝0.220μm。