Тытанат барыю (BaTiO₃) Парашок з'яўляецца асноўнай сыравінай для электроннай керамікі на аснове тытаната. Як тыповы сегнетаэлектрычны матэрыял з выдатнымі дыэлектрычнымі ўласцівасцямі, ён шырока выкарыстоўваецца ў шматслаёвых керамічных кандэнсатарах (MLCC), гідралакаторах, дэтэктарах інфрачырвонага выпраменьвання, керамічных кандэнсатарах з зернем і тэрмістарах з станоўчым тэмпературным каэфіцыентам (PTC). Маючы шырокія перспектывы прымянення, тытанат барыю лічыцца асноўным матэрыялам электроннай керамікі.
З улікам тэндэнцыі да мініяцюрызацыі, лёгкай канструкцыі, высокай надзейнасці і тонкіх электронных кампанентаў, попыт на высакаякасныя і ультратонкі парашок тытаната барыю стала ўсё больш актуальнай.
Агляд тытаната барыю
Тытанат барыю — гэта злучэнне з тэмпературай плаўлення 1618 °C, якое мае кангруэнтную форму плаўлення. Яно мае пяць крышталічных поліморфаў: шасцігранную, кубічную, тэтраганальную, артаромбічную і рамбаэдрычную. Пры пакаёвай тэмпературы тэтраганальная фаза тэрмадынамічна стабільная.
Сегнетаэлектрычнасць тытаната барыю
Калі BaTiO₃ падвяргаецца ўздзеянню моцнага электрычнага поля, узнікае ўстойлівая палярызацыя ніжэй за тэмпературу Кюры прыблізна 120 °C. Палярызаваны тытанат барыю праяўляе дзве ключавыя ўласцівасці: сегнетаэлектрычнасць і п'езаэлектрычнасць.
У сегнетаэлектрычных крышталях BaTiO₃ існуе мноства невялікіх абласцей, у якіх адрозніваюцца напрамкі спантаннай палярызацыі. Кожная вобласць складаецца з мноства элементарных ячэек з аднолькавым кірункам палярызацыі; гэтыя вобласці вядомыя як дамены. Крышталі з такімі даменнымі структурамі называюцца сегнетаэлектрычнымі крышталямі або сегнетаэлектрыкамі. Пад уздзеяннем знешняга электрычнага поля памер і геаметрыя гэтых даменаў змяняюцца адпаведна.
Тэмпература Кюры тытаната барыю
Тэмпература Кюры (Tc) BaTiO₃ адносіцца да тэмпературы фазавага пераходу паміж тэтраганальнай і кубічнай фазамі, пры якой сегнетаэлектрычны крышталь губляе сваю спантанную палярызацыю і даменная структура знікае. Тэмпература Кюры BaTiO₃ складае прыблізна 120 °C.
Спосабы падрыхтоўкі парашка тытаната барыю
Метады атрымання парашка тытаната барыю можна падзяліць на тры катэгорыі: цвёрдафазны метад, гідратэрмальны метад і золь-гель метад.
Метад цвёрдацельнага цела
Цвёрдафазны метад, таксама вядомы як высокатэмпературны цвёрдафазны сінтэз, з'яўляецца найбольш класічным падыходам да атрымання парашкоў тытаната барыю. Асноўны прынцып заключаецца ў рэакцыях з кантролем дыфузіі паміж цвёрдымі сыравіннымі матэрыяламі пры павышаных тэмпературах.
Звычайна карбанат барыю (BaCO₃) і дыяксід тытана (TiO₂) змешваюць у адпаведнасці са стехіаметрычнымі суадносінамі, пасля чаго здрабняюць і альбо гранулююць, альбо абпальваюць у рыхлым выглядзе пры высокіх тэмпературах (звычайна 1100–1300 °C) на працягу некалькіх гадзін, каб выклікаць рэакцыю ў цвёрдым стане і ўтварыць парашок BaTiO₃. Рэакцыя выглядае наступным чынам:
BaCO₃ + TiO₂ → BaTiO₃ + CO₂↑
Гэты метад адрозніваецца простым абсталяваннем і нізкай коштам і шырока выкарыстоўваецца для буйной прамысловай вытворчасці. Аднак атрыманыя парашкі звычайна маюць адносна вялікія памеры часціц (мікронны маштаб) і схільныя да агламерацыі і забруджвання прымешкамі.
· Ужыванне шліфавальнага абсталявання
- Шаравой млын: Выкарыстоўваецца падчас этапу дазавання для раўнамернага змешвання сыравіны і памяншэння памер часціц, тым самым павялічваючы плошчу кантакту.
- Бісерны млын: Пасля кальцынацыі тытанат барыю часта ўтварае цвёрдыя агламераты; гарызантальныя шаравыя млыны звычайна выкарыстоўваюцца для інтэнсіўнага драбнення з мэтай атрымання прадуктаў мікроннага або субмікроннага памеру.
· Перавагі і недахопы:
Нізкі кошт і высокая прадукцыйнасць, але схільнасць да ўнясення прымешак, выкліканых зносам, і атрыманне адносна буйных парашкоў.
Гідратэрмальны метад
Гідратэрмальны метад — гэта метад сінтэзу ў вадкай фазе, які праводзіцца ў водных растворах пры высокай тэмпературы і высокім ціску, і ён шырока выкарыстоўваецца для атрымання нанамаштабных парашкоў тытаната барыю.
У гэтым працэсе солі барыю (напрыклад, гідраксід барыю) і солі тытану (напрыклад, хларыд тытану) раствараюцца ў вадзе з даданнем мінералізатараў (напрыклад, NaOH). Затым сумесь рэагуе ў гідратэрмальным аўтаклаве пры тэмпературы 150–250 °C пад высокім ціскам на працягу некалькіх гадзін, непасрэдна ў выніку чаго атрымліваюцца добра крышталізаваныя парашкі BaTiO₃.
Гэты метад не патрабуе высокатэмпературнай кальцынацыі і дазваляе дакладна кантраляваць памер часціц (звычайна 50–200 нм), з высокай крышталічнасцю і фазавай чысцінёй (тэтраганальнай або кубічнай). Ён таксама экалагічна чысты. Аднак ён патрабуе складанага абсталявання і строгага кантролю ўмоў рэакцыі.
· Ужыванне шліфавальнага абсталявання
- Дысперсія папярэдніка: Перад аўтаклавнай апрацоўкай часта выкарыстоўваюцца вібрацыйныя млыны або шаравыя млыны для забеспячэння аднастайнага размеркавання суспензіі.
- Дэагламерацыя пасля апрацоўкі: Нягледзячы на тое, што гідратэрмальна сінтэзаваныя нанапарашкі маюць высокую крышталічнасць, падчас сушкі можа адбывацца мяккая агламерацыя. Рэактыўныя млыны звычайна выкарыстоўваюцца на гэтым этапе. Дзякуючы сутыкненням часціц з часціцамі без мелючых асяроддзяў, струменевае фрэзераванне эфектыўна разбурае агламераты, пазбягаючы забруджвання металам і захоўваючы нанамаштабныя характарыстыкі.
· Перавагі і недахопы:
Надзвычай высокая чысціня і нанамаштабны памер часціц робяць яго пераважным метадам для вытворчасці высакаякаснага MLCC.
Золь-гель метад
Золь-гель метад — гэта тып вадкафазнага сінтэзу, які дазваляе атрымліваць парашок з малекулярным кантролем. У якасці папярэднікаў выкарыстоўваюцца алкоксиды тытана (напрыклад, тэтрабутылтытанат) і солі барыю (напрыклад, ацэтат барыю). Шляхам гідролізу ў арганічным растваральніку ўтвараецца золь, які затым ператвараецца ў гель шляхам выпарэння або награвання. Пасля сушкі і нізкатэмпературнай кальцынацыі (600–900 °C) атрымліваецца парашок BaTiO₃.
Гэты метад дазваляе атрымліваць парашкі з нанамаштабнымі памерамі часціц, высокай чысцінёй і выдатнай аднастайнасцю складу, што робіць яго прыдатным для высокапрадукцыйнай электроннай керамікі. Аднак сыравіна дарагая, і для пазбягання неаднароднага асадка патрабуецца строгі кантроль pH і тэмпературы.
· Ужыванне шліфавальнага абсталявання
- Планетарны Шаравой млын: Высушаны гель, атрыманы золь-гель метадам, надзвычай далікатны. Для атрымання аднастайных нанапарашкоў часта выкарыстоўваецца кароткачасовы сухі або мокры памол у планетарным шаровым млыне.
· Перавагі і недахопы:
Гэты метад забяспечвае найлепшую аднастайнасць складу, але з-за высокіх выдаткаў на сыравіну, таксічнасці растваральнікаў, хуткай агламерацыі падчас тэрмічнай апрацоўкі і строгіх патрабаванняў да кантролю працэсу яго цяжка прамыслова ўкараніць, і ў цяперашні час ён у асноўным абмежаваны лабараторнымі даследаваннямі і спецыялізаванымі прымяненнямі тонкіх плёнак.
Заключэнне
Тры асноўныя метады атрымання парашка тытаната барыю — цвёрдафазны, золь-гель і гідратэрмальны — маюць свае перавагі і абмежаванні. Цвёрдафазны метад падыходзіць для масавай вытворчасці, але дае адносна буйныя парашкі. Наадварот, золь-гель і гідратэрмальныя метады могуць вырабляць нанамаштабныя парашкі і лепш падыходзяць для высокатэхналагічных электронных прымяненняў.
Драбнільнае абсталяванне адыгрывае незаменную ролю ва ўсіх гэтых метадах: яно неабходна для змешвання сыравіны і драбнення часціц у цвёрдафазным сінтэзе, а таксама падтрымлівае дысперсію пасля апрацоўкі ў вадкафазных працэсах. Аптымізацыя параметраў драбнення, такіх як матэрыялы малольных цела, хуткасць кручэння і час драбнення, дазваляе значна палепшыць якасць і прадукцыйнасць парашкоў тытаната барыю.
Забягаючы наперад, з развіццём тэхналогій драбнення і дысперсіі, асабліва з укараненнем нанамаштабнага абсталявання для драбнення, падрыхтоўка парашкоў тытаната барыю стане больш эфектыўнай, што будзе спрыяць далейшаму стымуляванню інавацый у галіне электронных матэрыялаў.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн