钛酸钡陶瓷材料制备及介电性能研究进展

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1、高层论坛AuthorityForum钛酸钡陶瓷材料制备及介电性能研究进展符春林，赵春新，蔡苇，陈华强（重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331）摘要：钛酸钡（简称BT）具有优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，广泛应用于多层陶瓷电容器、温度补偿元件、光电器件等。综述了钛酸钡陶瓷制备方法及晶粒尺寸、组成对其介电性能的影响，并提出了研究中需要解决的一些问题。关键词：钛酸钡；陶瓷；介电性能；铁电材料1引言成型、烧结等工艺过程，即可得到BT陶瓷。钛酸钡(简称BT)是钛酸盐系列电子陶瓷George等人采用固相法制备了20～的基础母体原料，被称为“电子陶瓷业的支40nm的钛酸钡粉体，将

2、粉体在1350℃下保柱”。作为一种典型的铁电材料，它具有优温3h烧结而成的钛酸钡陶瓷密度为理论密度良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，附加值的97%，在1MHz下，介电常数和损耗(如图-3高，发展前景广阔，广泛地应用于电子学、1所示)分别为1223和3.5×10。光学、声学、热学等科学领域。因此，钛酸钡一直是人们研究的热点。近年来，关于钛酸钡陶瓷的制备和性能已经取得了许多进展。本文综述钛酸钡陶瓷制备方法及晶粒尺寸、掺杂种类和浓度对其介电性能的影响，并提出研究中需要解决的一些问题。2制备方法国内外材料工作者已对钛酸钡陶瓷的制备方法进行了大量研究，不断地探索新方法，以制备出高介电常数、

3、低介电损耗的钛酸钡陶瓷。目前，使用较为广泛的钛酸钡陶瓷的制备方法主要有三种：固相反应法、溶胶-凝胶法、水热合成法。2.1固相反应法图1室温下介电常数和损耗随频率的变化固相反应法是目前制备BT陶瓷最成熟的两步法烧结是固相法中一种特殊的方方法，主要依靠固相扩散传质方式进行反法，在烧结过程中先升温到最高温度不保应。以BaCO32、TiO为主要原料，经球磨、16高层论坛AuthorityForum温，立即以很快的速度降温到相对较低的温点，以此粉体为原料制备出的BT陶瓷材料的度长时间保温，从而得到钛酸钡陶瓷的方介电性能不稳定。但是，由于固相法具有产法。此法得到的钛酸钡陶瓷的晶粒尺寸远小量

4、高、成本低、制备工艺简单等优点，是目于常规烧结得到的钛酸钡陶瓷的尺寸。前国内大多数生产厂家所采用的方法。Hsi等人对比了两步法烧结的BT陶瓷和2.2溶胶-凝胶法传统烧结BT陶瓷的介电性能。研究结果表溶胶-凝胶法是一种湿化学法，主要是明，升温到1050℃后降温到低于900℃下进由金属Ba和Ti的有机化合物或金属无机盐经行烧结即可得到致密的烧结体，当在850℃水解和缩聚过程、凝胶化及相应的热处理而下保温1～2h，所得样品的介电常数大于获得粉体，再经成型、烧结即可得到BT陶1700，仅比烧结温度在1450℃保温4h的传统瓷。烧结方法所制备的BT陶瓷的介电常数小15％Yu等以五种酸（己

5、酸、癸酸、十二烷左右，其介质损耗＜0.01。酸、棕榈酸和硬脂酸）为表面活性剂采用溶固相法制备的粉体存在粒度大、粒度分胶-凝胶法制备了钛酸钡陶瓷，其密度、晶布不均、纯度较低、掺杂元素不均匀等缺粒尺寸、介电常数、损耗如表1所示。表1钛酸钡陶瓷在室温下的密度、晶粒尺寸、介电常数、损耗表面活性剂己酸癸酸十二烷酸棕榈酸硬脂酸相对密度(%)93.395.495.697.994.7平均晶粒尺寸(µm)0.350.501.051.201.10介电常数℃(25)18702169431938764227损耗℃(25)0.02300300.0220.0260.024S.B.Deshpande等采用溶

6、胶-凝胶法制化，置于一定温度和一定压力的容器中，在备了5~15µm的钛酸钡陶瓷，介电峰值为水热条件下进行化学反应，经过一定的时7200，居里温度为127℃，介电损耗约为间，取出并干燥，经过研磨、成型、烧结即0.005。可得到BT陶瓷。Cui等人以己酸和己二酸分别为表面活Sreekantan等人以水热法在80℃制备性剂，经900℃/2h热处理得到了四方相的钛出35nm的钛酸钡粉体，由此粉体烧结而成的酸钡纳米粉体，并以粉体为原料制备了陶钛酸钡陶瓷中小晶粒为0.3～0.5µm，而大晶瓷，发现以己二酸为表面活性剂制得的钛酸粒为1.5～2.0µm。钡陶瓷具有更大的晶粒尺寸、更高的相对密M

7、adona等人研究了以TiO和TiCl为原23度（96.6%）、室温介电常数（3089）和更料对BT陶瓷材料的介电性能的影响(如图2所低的介电损耗（0.015）。示)。研究表明，采用TiO为原料所制备的2溶胶-凝胶法制备的粉体粒径小、分布BT陶瓷的居里温度比TiCl为原料的要高，3较窄且尺度可控、化学均匀性好、热处理温且随着水热处理时间的增加，BT陶瓷的介电度低、纯度高、成分配比可控、过程易于控常数增加，居里温度变大。制，以此粉体为原料可制备出介电性能优异水热法制备的粉体粒度小、分布均匀、的