Падрыхтоўка сыравіны для электроннай п'езакерамікі цвёрдафазным метадам - ​​парашок тытаната барыю

Тытанат барыю з'яўляецца асноўнай сыравінай электроннай п'езакерамікі і слупам электроннай керамічнай прамысловасці. Тытанат барыю мае высокую дыэлектрычную пранікальнасць і нізкія дыэлектрычныя страты, а таксама выдатныя сегнетоэлектрычныя, п'езаэлектрычныя, вытрымліваюць напружанне і ізаляцыйныя ўласцівасці, таму ён шырока выкарыстоўваецца ў вытворчасці п'езаэлектрычных керамічных кальцавых кампанентаў, асабліва тэрмістараў з ПТК. Шматслойныя керамічныя кандэнсатары (MLCC), кандэнсатары зернепамежнага пласта, тэрмаэлектрычныя элементы, п'езаэлектрычная кераміка, рэхалот, датчыкі, электрааптычныя дысплеі, кампазітныя матэрыялы і пакрыцці на палімернай аснове. 

Тытанат барыю ўпершыню быў сінтэзаваны твердофазным метадам. Як толькі ў 1940-х гадах было выяўлена сегнетоэлектрычнасць тытаната барыю, такія краіны, як Германія, Японія і ЗША, прынялі метад цвёрдай фазы для сінтэзу парашка тытаната барыю. Такім чынам, можна сказаць, што цвёрдафазны метад з'яўляецца самым раннім метадам сінтэзу парашка тытаната барыю. Пасля амаль 80 гадоў метад цвёрдай фазы быў шырока і глыбока даследаваны і прыменены, і метады сінтэзу таксама разнастайныя, якія можна падзяліць на традыцыйны метад цвёрдай фазы, метад высокаэнергетычнага шаравога млына і метад спальвання. 

 (1) Традыцыйны цвёрдафазны метад. Традыцыйны цвёрдафазны метад выкарыстоўвае карбанат барыю і дыяксід тытана ў якасці сыравіны і праводзіць працяглую высокатэмпературную (каля 1000 °C) рэакцыю абпалу для атрымання тытаната барыю і, нарэшце, атрымлівае гатовы прадукт праз працэс драбнення і драбнення. Ураўненне рэакцыі выглядае наступным чынам: BaCO3 + TiO2 → BaTiO3 + CO2 Традыцыйны цвёрдафазны працэс просты і спелы, абсталяванне надзейнае, апрацоўка сыравіны танная, і гэта быў асноўны метад сінтэзу прамысловага тытаната барыю на працягу доўгага часу. Да гэтага часу вялікая частка сінтэзу парашкоў тытаната барыю вышэй за 200 нм ажыццяўляецца цвёрдафазным метадам. 

(2) Метад высокаэнергетычнага шаравога памолу. Высокаэнергетычны шаравы памол таксама з'яўляецца метадам, які звычайна выкарыстоўваецца ў цвёрдафазным сінтэзе ў апошнія гады. Гэты метад у поўнай меры выкарыстоўвае механічны эфект механічнай энергіі ў працэсе шаравога памолу з высокай энергіяй, у выніку чаго сыравіна падвяргаецца шэрагу фізічных і хімічных змен падчас хуткага рафінавання, што выклікае розныя дэфекты ў крышталічнай структуры сыравіны і значна паляпшае хімічную актыўнасць сыравіны. Што, у сваю чаргу, п'езакерамічныя кальцавыя кампаненты прыводзіць да нармальнай або нізкатэмпературнай цвёрдай фазы рэакцыі паміж кампанентамі. Метад высокаэнергетычнага шаравога млына пачаўся ў 1970-х гадах з выкарыстаннем 1-5 мкм BaO і 2-4 мкм TiO2 у якасці сыравіны для рэакцыі, а таксама з выкарыстаннем цырконіевых шароў у якасці асяроддзя шаравога млына на працягу 4 гадзін для атрымання парашка тытаната барыю з памерам зерня 20-50 нм. ПЭМ-фатаграфія парашка тытаната барыю, атрыманага шаравым млыном BaO і TiO2 на працягу 4 гадзін

(3) Метад высокатэмпературнага сінтэзу з самараспаўсюджваннем Метад высокатэмпературнага сінтэзу з самараспаўсюджваннем (скарочана SHS) - гэта метад сінтэзу парашка з выкарыстаннем саманагрэву і самаправоднасці цеплыні хімічнай рэакцыі паміж рэагентамі. Пасля таго, як рэагент запальваецца, гарэнне будзе аўтаматычна распаўсюджвацца на непрореагировавшую вобласць, пакуль рэакцыя не завершыцца. Увесь працэс не патрабуе энергіі, акрамя энергіі першапачатковага запальвання, таму спажыванне энергіі нізкае. У рэакцыі можа выкарыстоўвацца перакіс барыю BaO2 і рэакцыя металу Ti або TiO2, ураўненне паказана ніжэй: BaO2 + Ti + 1 / 2O2 → BaTiO32BaO2 + TiO2 + 1 / 2Ti → 2BaTiO3 Перавагамі SHS з'яўляюцца нізкае энергаспажыванне, просты працэс і высокая эфектыўнасць вытворчасці, але самая вялікая праблема заключаецца ў тым, што цяжка кантраляваць рэакцыю, калі рэагенты запальваюцца, і рэакцыя адбываецца праводзіцца пры вельмі высокай тэмпературы. Часціцы атрыманага парашка маюць дыяметр парадку мікраметраў, і паколькі сыравіну нельга змешваць на атамным узроўні, чысціня прадукту рэакцыі не высокая. (4) Метад сінтэзу пры нізкатэмпературным гарэнні. Метад сінтэзу пры нізкатэмпературным гарэнні (скарочана LCS) прапанаваны адносна метаду самараспаўсюджваючагася высокатэмпературнага сінтэзу (SHS), які з'яўляецца метадам сінтэзу, які спалучае SHS з метадам вільготнай хіміі. LCS патрабуе, каб сыравіна была нітраванай або растваральнай соллю. Рэакцыя гарэння ажыццяўляецца на пліце або ў муфельнай печы. Тэмпература рэакцыі можа быць праведзена пры 500 ° C або ніжэй. Парашок BaTiO3 быў сінтэзаваны шляхам нізкатэмпературнага спальвання розных соляў барыю і арганічнага паліва. Малюнак ПЭМ паказаны на малюнку.

ПЭМ-фатаграфія парашка тытаната барыю, атрыманага сінтэзам пры нізкатэмпературным гарэнні 

Такім чынам, метад цвёрдай фазы мае перавагі простага працэсу і надзейнага абсталявання. Аднак цвёрдафазны метад часта патрабуе больш высокай тэмпературы рэакцыі або тэмпературы тэрмічнай апрацоўкі, таму атрымаць звыштонкія нанакрышталі складаней. Акрамя таго, хімічны склад парашка, сінтэзаванага метадам цвёрдай фазы, не аднастайны, што ўплывае на прадукцыйнасць спеченного п'езаэлектрычнага кальцавога пераўтваральніка; цяжка атрымаць чыстую крышталічную фазу BaTiO3, а чысціня парашка нізкая. З-за нізкай якасці парашка BaTiO3, прыгатаванага цвёрдафазным метадам, ён звычайна выкарыстоўваецца толькі для вырабу прадуктаў з больш нізкімі патрабаваннямі да тэхнічных характарыстык. Хоць даследаванні на цвёрдым

фазавы метад ужо выйшаў за межы традыцыйнага метаду, але з-за некаторых праблем, уласцівых цвёрдафазнай рэакцыі, умовы няпроста кантраляваць, і даследаванне больш складанае. Сістэма не дасягнула дастаткова і добрых вынікаў.