秒速快3

行业动态当前位置:秒速快3 > 新闻资讯 > 行业动态

草酸盐共沉淀法合成Mn掺杂的BaTi03陶瓷微球

发布日期:2014年2月16日

因BaTi03陶瓷具有较高的介电常数,良好的铁电、压电、耐压性能等而被广泛地应用于陶瓷电子元件领域。近年来,随着陶瓷电子元件向高性能和微型化的方向不断发展,人们对BaTi03陶瓷元件的性能也提出了更高的要求。尤其是电子设备及其元器件的小型、轻量、可靠和薄型化的发展使得对高纯超细钛酸钡粉体的要求越来越迫切。目前,日本、美国是高纯超细钛酸钡领 域的王者,而我国钛酸钡粉体技术还达不到一定的水平,大部分都靠进口,在这种情况卜,依靠国内力量,解决高纯超细钛酸钡粉体的生产是很重要的问题。

目前最常用的制备钛酸钡粉体的方法有:固相法、溶胶凝胶法、水热法、微波水热法、沉淀法等。其中,固相法制备的粉体粒径过大(一般为微米量级)、组分分布不均、易引入杂质,因而越来越难以适应高纯超细的发展要求。水热法则需要高温高压的条件,对设备要求高,操作控制电较为复杂,不能够广泛应用。溶胶凝胶法合成的纳米粉体易团聚,虽然该法可制备多组分钛酸钡基陶瓷粉体,但醇盐价格高,而且容易水解,不太适合工业大规模生产。共沉淀法是在工业上应用最为普遍的一种制备方法,传统的共沉淀法需要1000℃以上的热分解温度,难以制备出粒径为微米级的粉体。而改性草酸盐沉淀法制备的BaTi03粉体,粒径小(一般为纳米级)、纯度高,而且还可以达到分子级的混合水平,组分非常均匀,可以满足纳米和掺杂两个条件。因而它已经成为制备钛酸钡超细粉体的首选方法。

虽然BaTi03陶瓷是目前研究相当成熟的压电陶 瓷,但存在几方面的不足:BaTi03陶瓷的压电铁电性能尚属于中等水平且不能满足不同的需要。而研究发现, BaTi03的介电性能在很大程度上取决于它的粒径大小。当粉料尺寸达到纳米级时,系统的介电常数将发生很大变化。纳米粉料具有较小的粒径,制备微米级的BaTi03 是提高陶瓷介电常数的主要途径之一。另外,要想提高压电性能,我们可以通过掺杂改变其性能。掺杂是获得均匀微观结构和控制粒径大小的有效方法。通过掺杂,在各种应用上获得了很多明晶的特性。对BaTi03的掺杂研究已经很充分了,但是对于在BaTi03中掺杂Mn的研究的报道还很少。在BaTi03秒速快3基铁电体中引入Mn离子不仅使e -T曲线变平滑,也提高了其介电性能,使其在多层陶瓷电容器处理中得以广泛应用。

本实验采用草酸盐共沉淀法制备了Mn掺杂的 BaTi03陶瓷微米粉体,用DTATG、XRD和SEM等手段确定了Mn掺杂BaT i03超细粉体的制备工艺,研究了Mn掺杂对BaTi03超细粉体结构的影响。

实验

本实验所用原料为分析纯的硝酸钡、乙酸锰、钛酸丁酯、草酸、死水乙醇、硝酸。采用的是TD-3000型X 射线衍射仪对样品进行物相分析,采用HCT-2差热- 热重分析仪对样品进行差热-热重分析,S-4800扫描电镜对样品的表面形貌和微观结构进行分析。实验步骤如下:

(1)计算各种试剂用量, 按照1:1: x (0.003-0.05)的量称取一定的硝酸钡,钛酸丁酯和乙酸锰。

(2)将硝酸钡溶解在定量的蒸馏水中,用稀硝酸调节其pH值至3,按照剂量比加入一定量的乙酸锰。

(3)将配好的钛酸丁酯乙醇溶液缓慢地加入到上述溶液中,在磁力搅拌器下不断搅拌,直至均匀。

(4)把配好的草酸溶液缓慢加入到上述溶液中并不停搅拌,得到白色草酸络合物沉淀。

(5)将络合物沉淀置于60 - 90℃不同温度的水浴中陈化4小时。

(6)将络合物抽滤,清洗干净。

(7)把洗净的物质放入80℃的烘箱中干燥5个小时得到前驱体。

(8)于马弗炉中在600 - 900℃间煅烧前驱体得到Mn掺杂BaTi03陶瓷微粉。

结果与讨论

制备Mn-BaTi03粉体的主要影响因素有煅烧温度,陈化温度,粉体中Mn的掺杂量等,但是这些因素对BaTi03粉体的影响大小不同,本文以Ba(NO33为钡源,以Ti(OC4O9)4为钛源得到了在不同条件下制备的粉体。对其进行的分析结果如表1中所示。

煅烧温度对粉体的影响

在共沉淀法制备Mn掺杂的钛酸钡粉体的过程中,煅烧温度对粉体的性能的影响很大,从表1中我们也可以看出。本实验选取在掺杂Mn量为1%(摩尔比),陈化温度为80℃,不同煅烧温度条件(600℃,700℃, 750℃,800℃,850℃)对BaTi03陶瓷粉体晶相的影响。其各自的X射线衍射图如图1所示。

当煅烧温度为600℃时,有BaCO3的杂质峰且杂质峰较明撼,说明此时BaCO3和Ti02的反应还不完全;当煅烧温度增加到700℃时,杂质峰已经很少了,基本上为 BaTi03的特征峰;当煅烧温度为750℃时,BaTi03的特征峰十分清晰,已经没有其他物相存在。当煅烧温度继续升高到800℃时,得到的BaTi03的衍射峰很明显,主峰强度较大。说明此时BaCO3和Ti02的固相合成反应己

经进行完全,得到了纯净的立方相钛酸钡粉体。这和热分析得到的结果是一致的。结合后文面粉体的平均粒径的分析,我们选取制得最小粒径时的煅烧温度750℃为最佳煅烧温度。

本实验还对掺杂Mn量为1%(摩尔比),陈化温度为80℃时制的BaTi03粉体进行了热分析,其热分解过程的DTA-TG如图2所示,从中我们可以看出共沉淀络合物的热分解分为3个阶段。第一个阶段是在100℃左右,这时TG曲线表现为失重,对应为草酸盐络合物沉淀BaTi(C2O42.4H2O结晶水的脱去;第二个阶段是从 322 - 387℃之间,此阶段是草酸根中c-c键开始断裂,即BaTi(C2O42.4H2O开始分解,其分解产生气体,导致失重;第三个阶段是在710℃左右,TG曲线上有一个明显的失重,此阶段发生了BaCO3和Ti02的固相反应,且当温度继续升高后TG曲线趋于直线,说明此后分解合成反应已经基本完成。

陈化温度对粉体的影响

温度对反应的影响在草酸盐沉淀法制备钛酸钡粉体的实验中主要表现在陈化温度上。本文选取掺锰量在 1%(摩尔比),煅烧温度在750℃的条件下,60℃,70℃, 80℃,90℃的陈化温度对制备的掺锰钛酸钡粉体的影响,对产品进行x射线衍射分析,各自的x射线衍射分析图如图3所示。

从图中可以看出,在反应温度为60℃时,除了存在产品钛酸钡的衍射峰外还有大量的杂质相BaCO3的衍射峰存在,这是因为当温度较低时,空气中的CO2会进入反应体系,从而生产了BaCO3。当温度升值70℃以上时,得到的钛酸钡的衍射峰比较明显,没有其他杂质存在。当陈化温度继续升高后,所得到的钛酸钡的衍射峰依然很明显且基本没有其他杂质,说明陈化温度控制在60℃ 以上即可,但结合下文所制得的粉体的粒径考虑,我们选择80℃为最佳陈化温度。
 

 Mn掺杂量对粉体的影响

本文分别选取在煅烧温度为750℃,陈化温度80℃ 的条件下,以0 3%(摩尔比),0 5%(摩尔比),1%(摩尔比),2%(摩尔比),5%(摩尔比)的掺杂量对钛酸钡掺杂 Mn,对制得的BaTi03纳米粉体进行X射线衍射分析,其X射线衍射图4所示。

从图中可以看出:掺杂不同量的Mn的BaTi03均己形成纯净的立方相钙钛矿结构,且并没有出现其他杂质。这说明Mn的掺杂量的多少在掺Mn钛酸钡的制备过程中对形成纯相钛酸钡的影响不大。但在一定量的范围内,Mn对钛酸钡的性能影响还有待研究。

SEM观察Mn掺杂的BaTi03颗粒大小和形貌

图5是在煅烧温度为750℃,反应温度为80℃,Mn 掺杂量为l%(摩尔比)时得到的掺Mn的BaTi03的 SEM图。从图中可以看出,在煅烧温度为750℃时,合成的粉体颗粒粒径较小,颗粒粒度大概分布在2um左右,呈明晶的球形,且颗粒分布比较均匀。

结论

(1)本实验以Ba(NO33为钡源,以Ti(OC4O9)4为钛源,以草酸为沉淀剂,用草酸盐共沉淀法合成了Mn掺杂的BaTi03陶瓷微米粉体。

(2)实验的最优化条件为:在煅烧温度为750℃,陈化温度为80℃,Mn掺杂量为0.5%mol(摩尔比)时,制备出的Mn掺杂的BaTi03陶瓷微球粒径分布比较窄、分散性好、晶粒完整、结晶性好,平均粒径在2μm左右。

氧化铝陶瓷系列
氧化铝陶瓷异形件
99氧化铝陶瓷
陶瓷螺钉/螺丝钉
电子陶瓷材料
陶瓷喷砂嘴
陶瓷绝缘子
耐磨件
陶瓷配件
陶瓷阀片
陶瓷密封环
氧化锆陶瓷
联系方式
地 址:山东省淄博市淄川区磁村镇村西
联 系 人:陆经理
手 机:13371599077
电 话:0533-5559866
传 真:0533-5559116
邮 箱:754161014@qq.com

福建快3 北京快乐8 福建快3 福建快3 秒速快3 福建快3 北京快乐8 秒速快3 秒速快3 福建快3 福建快3 北京快乐8 福建快3 福建快3 秒速快3