Aplicación del analizador láser del tamaño de partículas en la detección del tamaño de las partículas de titanato de bario (1))

1. Titanato de bario y su desarrollo industrial.

   El titanato de bario es un material compuesto dieléctrico fuerte con alta constante dieléctrica y baja pérdida dieléctrica. Es uno de los materiales más utilizados en cerámica electrónica y se le conoce como la "columna vertebral de la industria de la cerámica electrónica".

El titanato de bario, también conocido como metaácido de bario, es soluble en ácido sulfúrico concentrado, ácido clorhídrico y ácido fluorhídrico, pero insoluble en ácido nítrico diluido caliente, agua y álcali. El titanato de bario tiene actualmente cinco formas, a saber: forma de cristal cuadrado, forma de cristal cúbico, forma de cristal de cocubina, forma de cristal trigonal y forma de cristal hexagonal. La más común es la forma de cristal cuadrado. En la producción de cerámicas ferroeléctricas, la fase cristalina hexagonal es una fase que debe evitarse. De hecho, la fase cristalina hexagonal sólo aparecerá cuando la temperatura de cocción sea demasiado alta.

El titanato de bario es la principal materia prima para la preparación de muchos materiales dieléctricos y piezoeléctricos, como condensadores cerámicos y termistores. En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria cerámica y la industria electrónica, la demanda de BaTiO3 seguirá aumentando y su demanda de BaTiO3 seguirá aumentando. Los requisitos de calidad también son cada vez más altos. La preparación de materiales en polvo ultrafinos y de alta pureza es la principal forma de mejorar el rendimiento de los materiales cerámicos electrónicos. Por lo tanto, la investigación sobre la preparación de titanato de bario de alta pureza, uniforme, ultrafino e incluso nanométrico siempre ha sido el foco de investigación de científicos de varios países.

El titanato de bario es el material base de los componentes cerámicos electrónicos y se denomina columna vertebral de la cerámica electrónica. Debido a sus buenas propiedades ferroeléctricas, de bajo voltaje, de voltaje soportado y de aislamiento, se usa ampliamente en la producción de capacitores de alta capacitancia, sustratos multicapa, diversos sensores, materiales semiconductores y componentes de alta sensibilidad. Con el rápido desarrollo de los componentes electrónicos hacia una alta integración, alta precisión, alta confiabilidad, multifunción y miniaturización, se han planteado requisitos más altos para la preparación de materiales de titanato de bario que cumplan con los requisitos de rendimiento. La preparación e investigación del titanato de bario nanométrico se ha convertido en un punto de investigación.

La investigación sobre la preparación del polvo nanométrico de titanato de bario siempre ha sido un punto candente en el campo de la ciencia y la tecnología. Se han desarrollado enormemente diversas tecnologías de preparación. Con el creciente énfasis en las cerámicas electrónicas de titanato de bario, el tamaño, la uniformidad y los requisitos para diversos aspectos, como la pureza y la similitud de las propiedades químicas del producto final, también son cada vez mayores. Por lo tanto, es necesario realizar una investigación en profundidad sobre el mecanismo del proceso de síntesis de polvo de titanato de bario y controlar la forma, el tamaño, el rendimiento y otras tecnologías de las partículas. La relación entre ellos debería discutirse más profundamente; los resultados actuales se encuentran principalmente en la etapa de laboratorio y de producción a pequeña escala, y se deben estudiar las cuestiones involucradas en la producción a gran escala; Es necesario mejorar el dispositivo de síntesis de partículas de titanato de nanobario que se utiliza actualmente. En particular, existe la necesidad de desarrollar equipos industriales con alta productividad, alto rendimiento, alta calidad y bajo costo. Sobre la base de la mejora de los métodos de preparación, la ampliación y profundización de los métodos de investigación y la estrecha cooperación entre la ciencia de los materiales, la física, la ingeniería química y otras disciplinas, se cree que el titanato de nanobario mostrará perspectivas amplias y atractivas en la industria electrónica y la industria cerámica.

2. Preparación de titanato de bario nanométrico.

El titanato de bario es un material cerámico ferroeléctrico y piezoeléctrico clásico. Debido a su alta constante dieléctrica, buenas propiedades ferroeléctricas, piezoeléctricas, de resistencia al voltaje y de aislamiento, se utiliza principalmente para fabricar condensadores de alta capacitancia, sustratos multicapa, diversos sensores, materiales semiconductores y componentes sensibles. Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas y la miniaturización y alta integración de los componentes electrónicos, es necesario preparar y sintetizar polvo cerámico a base de titanato de bario de alta calidad que cumpla con los requisitos de desarrollo. Por lo tanto, la investigación sobre la preparación de titanato de bario de alta pureza, uniforme, ultrafino e incluso nanométrico siempre ha sido el foco de investigación de científicos de varios países. Gracias a la mejora de los métodos de preparación y la ampliación y profundización de los métodos de investigación, la preparación de titanato de nanobario también ha entrado en una nueva etapa.

Desde que se descubrió la ferroelectricidad del titanato de bario en la década de 1840, varios países han comenzado a estudiar la síntesis y preparación del titanato de bario. El método de fase líquida controla eficazmente la microestructura y las propiedades del polvo durante el proceso de producción de titanato de bario mediante métodos físicos y químicos. Desde la década de 1980, el método en fase líquida se ha convertido gradualmente en un método generalmente valorado por varios países y se ha convertido gradualmente en los tres métodos más importantes. : Método de precipitación, método sol-gel, método hidrotermal.

    El método de precipitación tiene las ventajas de ser un método simple, bajo costo de material y baja inversión en equipo. Se pueden agregar elementos dopantes durante la producción para producir directamente una determinada fórmula de materias primas en polvo, que es la más adecuada para la fabricación de componentes cerámicos. El método de precipitación es un método ampliamente utilizado para la producción industrial de polvo de titanato de bario y también es el primer método de producción comercial. Sin embargo, este método también tiene algunas desventajas. Por ejemplo, es difícil obtener nanopolvos con tamaños de partículas muy pequeños. Las partículas son fáciles de aglomerar y tienen una amplia distribución de tamaño de partícula, lo que requiere cierto posprocesamiento. El polvo sintetizado cambia ligeramente con las condiciones de reacción, titanio y bario. La fluctuación específica es grande y la calidad del producto es inestable.

Debido a las condiciones especiales de reacción, el polvo preparado por el método hidrotermal tiene las ventajas de un tamaño de partícula pequeño, distribución uniforme y menos aglomeración, y sus materias primas son más fáciles de obtener productos que cumplen con la relación estequiométrica y tienen una forma cristalina completa; al mismo tiempo, el polvo no requiere altas temperaturas. El tratamiento de calcinación evita el crecimiento de grano, la formación de defectos y la introducción de cargadores, y tiene una mayor actividad de sinterización. Sin embargo, o el BaTiO3 sintetizado en estos trabajos tiene una estructura de fase cúbica metaestable en lugar de una fase tetragonal, que no puede satisfacer las necesidades de rendimiento de los componentes electrónicos; o el calentamiento del agua requiere altas temperaturas y tiempos prolongados, lo que resulta en costos excesivos de equipo; o calentamiento de agua La síntesis térmica requiere el uso de titanio orgánico como materia prima, lo que resulta en altos costos de equipo, o la síntesis hidrotermal requiere el uso de titanio orgánico como materia prima, lo que resulta en altos costos de producción. Estas razones hacen imposible lograr la producción a gran escala de la síntesis hidrotermal del nanopolvo de BaTiO3 en fase tetragonal. Al mismo tiempo, el método hidrotermal contiene impurezas en el polvo, lo que también limita la aplicación de este método.

     El método sol-gel suele utilizar tecnología de destilación o recristalización para garantizar la pureza de las materias primas. No se introducen partículas de impureza durante el proceso y el polvo resultante tiene un tamaño de partícula pequeño, alta pureza y una distribución de tamaño de partícula estrecha. Sin embargo, las materias primas son caras, los disolventes orgánicos son tóxicos y el tratamiento térmico a alta temperatura hará que el polvo se aglomere rápidamente. El ciclo de reacción es largo, las condiciones del proceso son difíciles de controlar, la producción es pequeña y es difícil ampliarlo e industrializarlo. .