鈦酸鋇（BaTiO3）是電子陶瓷元器件行業(yè)的重要基礎(chǔ)原料，由于具有很高的介電常數(shù)、優(yōu)異的鐵電和壓電性能、且還具備耐壓及絕緣性能，普遍應(yīng)用于多層陶瓷電容器（MLCC）、熱敏電阻（PTC）、光電器件以及各種隨機存儲器等電子元器件中，被譽為“電子陶瓷工業(yè)的支柱”，也是電子陶瓷中使用最廣、用量的重要原料之一。

高性能鈦酸鋇的性能特點 

近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展對電子設(shè)備、家用電器、交通設(shè)備的要求越來越高，電子元器件向小型化、智能化和精密化發(fā)展。因此對鈦酸鋇也提出了更高的要求，晶粒更細(xì)、活性更好、穩(wěn)定性更高的四方相鈦酸鋇粉體被產(chǎn)業(yè)廣泛需求，并開始應(yīng)用于電子元器件。

BaTiO3晶體結(jié)構(gòu)示意圖

鈦酸鋇（BaTiO3）作為一種典型的ABO3型功能材料，主要有立方相（順電相）和四方相（鐵電相）兩種晶型。立方相鈦酸鋇的結(jié)構(gòu)是高度對稱的，表現(xiàn)出順電性，是一種各向同性電介質(zhì)，而四方相鈦酸鋇由于四方結(jié)構(gòu)的自發(fā)極化現(xiàn)象，使得它具有顯著的鐵電、壓電、熱電性能和能量采集性能，在陶瓷工業(yè)領(lǐng)域被廣泛用于多種電子器件中，如多層陶瓷電容器、動態(tài)隨機存儲器、熱敏電阻等。

此外，當(dāng)鈦酸鋇的粒徑達(dá)到納米級時，還具有獨特的光致發(fā)光性和光催化活性，可用于有機污染物降解，這些光學(xué)特性也都源于納米級的四方結(jié)構(gòu)。

納米鈦酸鋇粉體

特別重要的是，納米尺寸的四方相鈦酸鋇的上述性能和應(yīng)用均與納米粒子的粒徑密切相關(guān)，體現(xiàn)出明顯的粒度效應(yīng)，有研究者發(fā)現(xiàn)，隨納米BaTiO3粒徑減小，其介電常數(shù)、居里溫度、介電損耗都隨之減小；納米BaTiO3的抗彎剛性隨粒徑減小而增強；BaTiO3的光致發(fā)光性受粒徑影響。

因此，根據(jù)不同用途和要求，制備所需粒徑范圍的四方相納米BaTiO3就顯得尤為重要。

鈦酸鋇粉體的制備方法

對于電子陶瓷材料而言，鈦酸鋇的純度、粒度、形貌等性能至關(guān)重要，且由于鈦酸鋇在電子陶瓷領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其粉體制備一直受到人們的關(guān)注。目前鈦酸鋇的制備方法主要固相合成法、水熱法、溶膠凝膠法、草酸鹽共沉淀法、直接沉淀法等。

① 固相合成法

固相法是將碳酸鋇和二氧化鈦原料等摩爾混合，并加入稀土改性材料，在1250~1300℃下煅燒，固相反應(yīng)，合成的鈦酸鋇冷卻后粉碎即得到鈦酸鋇粉體產(chǎn)品。傳統(tǒng)固相法，工藝簡單，對設(shè)備要求不高，成本低，但產(chǎn)物粒徑粗大，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。

納米級BaCO3和TiO2高溫煅燒合成的鈦酸鋇粉體TEM圖

盡管傳統(tǒng)的固相合成法有很多缺點，但由于固相合成的鈦酸鋇表面缺陷少，且為100%四方相，因此日本等先進(jìn)鈦酸鋇制造廠家均采用固相合成生產(chǎn)鈦酸鋇。

② 水熱法

在密封的壓力容器中，以水為溶劑，在一定的溫度和水的自生壓力下，將含分散TiO2細(xì)粒子的Ba(OH)2水溶液進(jìn)行水熱處理，形成鈦酸鋇粉體。水熱法制得的鈦酸鋇晶體發(fā)育完整，粒度小且分布均勻，顆粒之間少團(tuán)聚，顆度可控；原料較便宜，生產(chǎn)成本低；無需高溫煅燒，避免了其中晶粒團(tuán)聚和容易混入雜質(zhì)的問題。但水熱法對溫度和壓力等反應(yīng)條件苛刻，對設(shè)備要求高，技術(shù)水平要求較高，產(chǎn)業(yè)化困難較大。

③ 溶膠-凝膠法

將易水解的金屬醇鹽或無機鹽在某種溶劑中與水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)水解、縮聚而逐漸凝膠化，經(jīng)干燥和后處理得到鈦酸鋇粉體。溶膠-凝膠法制得的鈦酸鋇粉體化學(xué)均勻性好、純度高、粒度小、粒度分布窄，化學(xué)活性強。但原料成本較高、且有機溶劑有毒性，工藝條件不易控制，粉體易團(tuán)聚，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。

高性能鈦酸鋇的應(yīng)用

由于鈦酸鋇具有鐵電、壓電、正溫度系數(shù)效應(yīng)等優(yōu)異的電學(xué)性能，使其成為電子工業(yè)和陶瓷工業(yè)中的關(guān)鍵材料，主要用于制造多層陶瓷電容器（MLCC）、單板陶瓷電容器、熱敏電阻、壓電陶瓷、微波陶瓷等電子元器件。

① MLCC

MLCC是用量、發(fā)展最快的片式電子元件品種之一，已被廣泛應(yīng)用于通訊、計算機及外圍產(chǎn)品、消費類電子、汽車電子和其他信息電子領(lǐng)域，在電子線路中起到振蕩、耦合、旁路和濾波等作用。而介質(zhì)材料是MLCC中重要的組成部分，介質(zhì)材料鈦酸鋇因其具有介電常數(shù)高、介電損耗小以及良好的鐵電和絕緣性能被廣泛用于制備MLCC。

② 微波介質(zhì)陶瓷

微波介質(zhì)陶瓷是一種新型電子材料，在通訊領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，可被用作介質(zhì)濾波器、諧振器、基板、介質(zhì)天線、介質(zhì)導(dǎo)波回路等。鈦酸鋇介電性能隨TiO2的含量變化而改變，BaTi4O9、Ba2Ti9O20陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能。Ba2Ti9O20作為常用的微波介質(zhì)材料已被廣泛應(yīng)用于微波介質(zhì)諧振器。

③ PTC熱敏電阻器

鈦酸鋇由于優(yōu)異的正溫度系數(shù)效應(yīng)被用于制備熱敏性陶瓷元件。PTC熱敏電阻是一種阻值會隨溫度的升高而變大的器件，可實現(xiàn)如溫度檢測，電路限流等應(yīng)用，被廣泛用于程控電話保安器、汽車發(fā)動機啟動器、彩電的自動消磁器、電冰箱壓縮機的啟動器、溫度傳感器、熱保護(hù)器等。

④ 壓電陶瓷

鈦酸鋇是發(fā)現(xiàn)最早的無鉛壓電陶瓷，可用于各種能量轉(zhuǎn)換、聲音轉(zhuǎn)換、信號轉(zhuǎn)換和基于壓電等效回路的震蕩、微波和傳感器件。但由于制備的鈦酸鋇基陶瓷材料的壓電性能較低，目前應(yīng)用實例并不多。但隨著對無鉛化要求的日益增強，鈦酸鋇基陶瓷作為一類很有希望替代PZT的無鉛壓電材料又重新受到重視。

來源：廣州先進(jìn)陶瓷展