Barium titanat (BaTiO₃) Serbuk merupakan bahan baku utama keramik elektronik berbasis titanat. Sebagai material feroelektrik tipikal dengan sifat dielektrik yang sangat baik, material ini banyak digunakan dalam kapasitor keramik multilayer (MLCC), perangkat sonar, detektor radiasi inframerah, kapasitor keramik batas butir, dan termistor koefisien suhu positif (PTC). Dengan prospek aplikasi yang luas, barium titanat dianggap sebagai material pilar keramik elektronik.
Dengan tren yang terus berlanjut menuju miniaturisasi, desain ringan, keandalan tinggi, dan komponen elektronik tipis, permintaan akan kemurnian tinggi dan bubuk barium titanat ultrahalus menjadi semakin mendesak.
Gambaran Umum Barium Titanat
Barium titanat adalah senyawa yang meleleh secara kongruen dengan titik leleh 1618 °C. Senyawa ini memiliki lima polimorf kristal: heksagonal, kubik, tetragonal, ortorombik, dan rombohedral. Pada suhu kamar, fase tetragonal stabil secara termodinamis.
Ferroelektrik Barium Titanat
Ketika BaTiO₃ dikenai medan listrik yang kuat, polarisasi persisten terjadi di bawah suhu Curie-nya sekitar 120 °C. Barium titanat terpolarisasi menunjukkan dua sifat utama: ferroelektrik dan piezoelektrik.
Dalam kristal feroelektrik BaTiO₃, terdapat banyak daerah kecil di mana arah polarisasi spontan berbeda. Setiap daerah terdiri dari banyak sel satuan dengan arah polarisasi yang sama; daerah-daerah ini dikenal sebagai domain. Kristal dengan struktur domain seperti itu disebut sebagai kristal feroelektrik atau feroelektrik. Di bawah medan listrik eksternal, ukuran dan geometri domain ini berubah sesuai dengan medan tersebut.
Suhu Curie Barium Titanat
Suhu Curie (Tc) BaTiO₃ mengacu pada suhu transisi fasa antara fasa tetragonal dan kubik, di mana kristal feroelektrik kehilangan polarisasi spontannya dan struktur domain menghilang. Suhu Curie BaTiO₃ kira-kira 120 °C.
Metode Pembuatan Serbuk Barium Titanat
Metode pembuatan bubuk barium titanat secara umum dapat dibagi menjadi tiga kategori: metode padat, metode hidrotermal, dan metode sol-gel.
Metode Padat
Metode fasa padat, juga dikenal sebagai sintesis fasa padat suhu tinggi, adalah pendekatan paling klasik untuk menyiapkan bubuk barium titanat. Prinsip dasarnya melibatkan reaksi yang dikendalikan difusi antara bahan baku padat pada suhu tinggi.
Biasanya, barium karbonat (BaCO₃) dan titanium dioksida (TiO₂) dicampur sesuai dengan rasio stoikiometri, kemudian digiling dan dipelletisasi atau dikalsinasi pada suhu tinggi (biasanya 1100–1300 °C) selama beberapa jam untuk menginduksi reaksi padat dan membentuk bubuk BaTiO₃. Reaksi tersebut adalah sebagai berikut:
BaCO₃ + TiO₂ → BaTiO₃ + CO₂↑
Metode ini memiliki peralatan sederhana dan biaya rendah, serta telah banyak diadopsi untuk produksi industri skala besar. Namun, bubuk yang dihasilkan biasanya memiliki ukuran partikel yang relatif besar (skala mikron) dan cenderung mengalami aglomerasi dan kontaminasi pengotor.
• Penerapan Peralatan Penggilingan
- Pabrik Bola: Digunakan selama tahap pencampuran untuk mencampur bahan baku secara seragam dan mengurangi ukuran partikel, sehingga meningkatkan area kontak.
- Penggiling Manik-manik: Setelah kalsinasi, barium titanat sering membentuk aglomerat keras; penggiling manik horizontal umumnya digunakan untuk penggilingan intensif guna memperoleh produk berukuran mikron atau submikron.
· Keuntungan dan Kerugian:
Biaya rendah dan hasil produksi tinggi, tetapi rentan terhadap munculnya kotoran akibat keausan dan menghasilkan bubuk yang relatif kasar.
Metode Hidrotermal
Metode hidrotermal adalah teknik sintesis fase cair yang dilakukan dalam larutan berair di bawah suhu dan tekanan tinggi, dan banyak digunakan untuk menyiapkan bubuk barium titanat skala nano.
Dalam proses ini, garam barium (seperti barium hidroksida) dan garam titanium (seperti titanium klorida) dilarutkan dalam air, dengan penambahan mineralisasi (misalnya, NaOH). Campuran tersebut kemudian direaksikan dalam autoklaf hidrotermal pada suhu 150–250 °C di bawah tekanan tinggi selama beberapa jam, menghasilkan bubuk BaTiO₃ yang terkristalisasi dengan baik secara langsung.
Metode ini tidak memerlukan kalsinasi suhu tinggi dan memungkinkan kontrol yang tepat terhadap ukuran partikel (biasanya 50–200 nm), dengan kristalinitas tinggi dan kemurnian fase (tetragonal atau kubik). Metode ini juga ramah lingkungan. Namun, metode ini membutuhkan peralatan yang canggih dan kontrol ketat terhadap kondisi reaksi.
• Penerapan Peralatan Penggilingan
- Dispersi Prekursor: Sebelum perlakuan autoklaf, penggiling getar atau penggiling bola sering digunakan untuk memastikan dispersi bubur yang homogen.
- Deaglomerasi Pasca-Perawatan: Meskipun nanopowder yang disintesis secara hidrotermal memiliki kristalinitas tinggi, aglomerasi lunak dapat terjadi selama pengeringan. Pabrik jet umumnya digunakan pada tahap ini. Melalui tumbukan antarpartikel tanpa media penggilingan, penggilingan jet Secara efektif memecah gumpalan sambil menghindari kontaminasi logam dan mempertahankan karakteristik skala nano.
· Keuntungan dan Kerugian:
Kemurnian yang sangat tinggi dan ukuran partikel skala nano, menjadikannya metode pilihan untuk produksi MLCC kelas atas.
Metode Sol–Gel
Metode sol-gel adalah jenis sintesis fase cair yang memungkinkan pembuatan serbuk dengan kontrol tingkat molekuler. Alkoksida titanium (seperti tetrabutil titanat) dan garam barium (seperti barium asetat) digunakan sebagai prekursor. Melalui hidrolisis dalam pelarut organik, terbentuk sol, yang kemudian berubah menjadi gel melalui penguapan atau pemanasan. Setelah pengeringan dan kalsinasi suhu rendah (600–900 °C), diperoleh serbuk BaTiO₃.
Metode ini menghasilkan bubuk dengan ukuran partikel skala nano, kemurnian tinggi, dan keseragaman komposisi yang sangat baik, sehingga cocok untuk keramik elektronik berkinerja tinggi. Namun, bahan bakunya mahal, dan diperlukan pengendalian pH dan suhu yang ketat untuk menghindari pengendapan yang tidak homogen.
• Penerapan Peralatan Penggilingan
- Planet Pabrik Bola: Gel kering yang diperoleh melalui proses sol-gel sangat rapuh. Penggilingan kering atau basah dalam durasi singkat dengan penggiling bola planet sering digunakan untuk mendapatkan nanopowder yang seragam.
· Keuntungan dan Kerugian:
Metode ini menawarkan keseragaman komposisi terbaik, tetapi karena biaya bahan baku yang tinggi, toksisitas pelarut, aglomerasi cepat selama perlakuan panas, dan persyaratan pengendalian proses yang ketat, metode ini sulit untuk diindustrialisasi dan saat ini sebagian besar terbatas pada penelitian laboratorium dan aplikasi film tipis khusus.
Kesimpulan
Tiga metode utama pembuatan bubuk barium titanat—metode padat, sol-gel, dan hidrotermal—masing-masing memiliki keunggulan dan keterbatasan yang berbeda. Metode padat cocok untuk produksi skala besar tetapi menghasilkan bubuk yang relatif kasar. Sebaliknya, metode sol-gel dan hidrotermal dapat menghasilkan bubuk berukuran nano dan lebih cocok untuk aplikasi elektronik kelas atas.
Peralatan penggilingan memainkan peran yang sangat penting dalam semua metode ini: peralatan ini sangat penting untuk pencampuran bahan baku dan penghalusan partikel dalam sintesis fase padat, dan mendukung dispersi pasca-perlakuan dalam proses fase cair. Dengan mengoptimalkan parameter penggilingan—seperti bahan media penggilingan, kecepatan putaran, dan waktu penggilingan—kualitas dan kinerja bubuk barium titanat dapat ditingkatkan secara signifikan.
Ke depan, dengan kemajuan dalam teknologi penggilingan dan dispersi, khususnya pengenalan peralatan penggilingan skala nano, persiapan bubuk barium titanat akan menjadi lebih efisien, yang selanjutnya mendorong inovasi dalam industri material elektronik.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen