鈦酸鋇的合成方法
時(shí)間：2022-05-09
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今天隆傲電子對鈦酸鋇的幾種常見(jiàn)的合成方法做了簡(jiǎn)單的整理，介紹如下。
1、固相合成法
鈦酸鋇的主要原料為碳酸鋇和二氧化鈦。固相法是鈦酸鋇粉體的傳統制備方法，典型的工藝是將等量碳酸鋇和二氧化鈦混合，在1500℃溫度下反應24h，反應式為：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 。
該法工藝簡(jiǎn)單，設備可靠。但由于是在高溫下完成固相間的擴散傳質(zhì)，由于陶瓷粉體的特有性質(zhì)，其所得BaTiO3粉體粒徑比較大(微米級) ，必須再次進(jìn)行球磨。高溫煅燒能耗較大，化學(xué)成分不均勻，影響燒結陶瓷的性能，團聚現象嚴重，較難得到純 BaTiO3晶相，粉體純度低，原料成本較高。一般只用于制作技術(shù)性能要求較低的產(chǎn)品。
2、草酸鹽共沉淀法
將精制的 TiCl4 和 BaCl2 的水溶液混合， 在一定條件下以一定速度滴加到草酸溶液中，同時(shí)加入表面活性劑，不斷攪拌即得到 BaTiO3 的前驅體草酸氧鈦鋇沉淀BaTiO(C2O4) 4· 4H2O(BTO) 。該沉淀物經(jīng)陳化、過(guò)濾、洗滌、干燥和煅燒，可得到化學(xué)計量的燒結良好的 BaTiO3 微粒：
TiCl4+BaCl2+2H2C2O4+4H2O→BaTiO(C2O4) 2· 4H2O↓ +6HCl，
BaTiO(C2O4)2·4H2O→BaTiO3+4H2O+2CO2↑ +2CO↑。
該法工藝簡(jiǎn)單，但容易引入雜質(zhì)，產(chǎn)品純度偏低，粒度目前只能達到 100nm 左右，前驅體BTO煅燒溫度較低，產(chǎn)物易摻雜，難控制前驅體 BTO 中 Ba/Ti 的物質(zhì)的量比；微粒團聚較嚴重，反應過(guò)程中需要不斷調節體系pH值。盡管有不同的改進(jìn)方法， 但仍難于實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)。
3、醇鹽水解法
一般以Ba和Ti的醇鹽為原料。將兩種醇鹽按化學(xué)計量溶解在醇中，或用鋇鈦雙金屬醇鹽溶解在醇中。然后在一定條件下水解，最后將水解產(chǎn)物經(jīng)過(guò)熱處理制得BaTiO3粉體。該法制得的粉體純度高、分散性好、燒結活性好、粒度小，并且在制成溶液中一步加入摻雜劑，如鑭、釹、鈧、鈮等元素，從而獲得原子尺寸混合摻雜。該方法可以制備多組分鈦酸鋇基陶瓷粉體。但醇鹽價(jià)格高，且容易吸潮水解，不適合大規模生產(chǎn)。
4、水熱合成法
水熱合成法是在密封高壓釜中，以水為溶劑在一定的溫度和蒸汽壓力下，使原始混合物進(jìn)行反應的合成方法。近年來(lái)用水熱法制備高質(zhì)量納米小尺寸BaTiO3微粒受到了廣泛關(guān)注，已成為制備高端鈦酸鋇的首選合成法。如通過(guò)高活性水合氧化鈦與氫氧化鋇水溶液反應，其反應溫度和壓力大大降低，水熱法可在較低溫度下直接從溶液中獲得晶粒發(fā)育完好的粉體，且粒度小，化學(xué)成分均勻，純度高，團聚較少。該法原料價(jià)格低，Ba/Ti 物質(zhì)的量比可準確地等于化學(xué)計量比，粉體具有高的燒結活性。但該法存在需要較高壓力，氯鹽易引起腐蝕，采用活性鈦源時(shí)要控制活性鈦源前驅體的水解速率，避免 Ti-OH 基團快速自身凝聚和Ba缺位等問(wèn)題。
1、固相合成法
鈦酸鋇的主要原料為碳酸鋇和二氧化鈦。固相法是鈦酸鋇粉體的傳統制備方法，典型的工藝是將等量碳酸鋇和二氧化鈦混合，在1500℃溫度下反應24h，反應式為：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 。
該法工藝簡(jiǎn)單，設備可靠。但由于是在高溫下完成固相間的擴散傳質(zhì)，由于陶瓷粉體的特有性質(zhì)，其所得BaTiO3粉體粒徑比較大(微米級) ，必須再次進(jìn)行球磨。高溫煅燒能耗較大，化學(xué)成分不均勻，影響燒結陶瓷的性能，團聚現象嚴重，較難得到純 BaTiO3晶相，粉體純度低，原料成本較高。一般只用于制作技術(shù)性能要求較低的產(chǎn)品。
2、草酸鹽共沉淀法
將精制的 TiCl4 和 BaCl2 的水溶液混合， 在一定條件下以一定速度滴加到草酸溶液中，同時(shí)加入表面活性劑，不斷攪拌即得到 BaTiO3 的前驅體草酸氧鈦鋇沉淀BaTiO(C2O4) 4· 4H2O(BTO) 。該沉淀物經(jīng)陳化、過(guò)濾、洗滌、干燥和煅燒，可得到化學(xué)計量的燒結良好的 BaTiO3 微粒：
TiCl4+BaCl2+2H2C2O4+4H2O→BaTiO(C2O4) 2· 4H2O↓ +6HCl，
BaTiO(C2O4)2·4H2O→BaTiO3+4H2O+2CO2↑ +2CO↑。
該法工藝簡(jiǎn)單，但容易引入雜質(zhì)，產(chǎn)品純度偏低，粒度目前只能達到 100nm 左右，前驅體BTO煅燒溫度較低，產(chǎn)物易摻雜，難控制前驅體 BTO 中 Ba/Ti 的物質(zhì)的量比；微粒團聚較嚴重，反應過(guò)程中需要不斷調節體系pH值。盡管有不同的改進(jìn)方法， 但仍難于實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)。
3、醇鹽水解法
一般以Ba和Ti的醇鹽為原料。將兩種醇鹽按化學(xué)計量溶解在醇中，或用鋇鈦雙金屬醇鹽溶解在醇中。然后在一定條件下水解，最后將水解產(chǎn)物經(jīng)過(guò)熱處理制得BaTiO3粉體。該法制得的粉體純度高、分散性好、燒結活性好、粒度小，并且在制成溶液中一步加入摻雜劑，如鑭、釹、鈧、鈮等元素，從而獲得原子尺寸混合摻雜。該方法可以制備多組分鈦酸鋇基陶瓷粉體。但醇鹽價(jià)格高，且容易吸潮水解，不適合大規模生產(chǎn)。
4、水熱合成法
水熱合成法是在密封高壓釜中，以水為溶劑在一定的溫度和蒸汽壓力下，使原始混合物進(jìn)行反應的合成方法。近年來(lái)用水熱法制備高質(zhì)量納米小尺寸BaTiO3微粒受到了廣泛關(guān)注，已成為制備高端鈦酸鋇的首選合成法。如通過(guò)高活性水合氧化鈦與氫氧化鋇水溶液反應，其反應溫度和壓力大大降低，水熱法可在較低溫度下直接從溶液中獲得晶粒發(fā)育完好的粉體，且粒度小，化學(xué)成分均勻，純度高，團聚較少。該法原料價(jià)格低，Ba/Ti 物質(zhì)的量比可準確地等于化學(xué)計量比，粉體具有高的燒結活性。但該法存在需要較高壓力，氯鹽易引起腐蝕，采用活性鈦源時(shí)要控制活性鈦源前驅體的水解速率，避免 Ti-OH 基團快速自身凝聚和Ba缺位等問(wèn)題。
