电子陶瓷工业的支柱——钛酸钡粉体的特性与制备工艺

钛酸钡（BaTiO3）由于具有很高的介电常数、优异的铁电和压电性能、且还具备耐压及绝缘性能，普遍应用于多层陶瓷电容器（MLCC）、热敏电阻（PTC）、光电器件以及各种随机存储器等电子元器件中，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。 

以常见的MLCC为例，尺寸由0402逐渐发展为0201、01005，相应的介质层厚度也降低到１μｍ或以下，因此对钛酸钡也提出了更高的要求，晶粒更细、活性更好、稳定性更高的四方相钛酸钡粉体被产业广泛需求，并开始应用于电子元器件。

钛酸钡（BaTiO3）作为一种典型的ABO3型功能材料，主要有立方相（顺电相）和四方相（铁电相）两种晶型。

立方相钛酸钡的结构是高度对称的，表现出顺电性，是一种各向同性电介质，而四方相钛酸钡由于四方结构的自发极化现象，使得它具有显著的铁电、压电、热电性能和能量采集性能，在陶瓷工业领域被广泛用于多种电子器件中，如多层陶瓷电容器、动态随机存储器、热敏电阻等。

此外，当钛酸钡的粒径达到纳米级时，还具有独特的光致发光性和光催化活性，可用于有机污染物降解，这些光学特性也都源于纳米级的四方结构。

特别重要的是，纳米尺寸的四方相钛酸钡的上述性能和应用均与纳米粒子的粒径密切相关，体现出明显的粒度效应，有研究者发现，随纳米BaTiO3粒径减小，其介电常数、居里温度、介电损耗都随之减小；纳米BaTiO3的抗弯刚性随粒径减小而增强；BaTiO3的光致发光性受粒径影响。

综上所述，根据不同用途和要求，制备所需粒径范围的四方相纳米BaTiO3就显得尤为重要。

当前，钛酸钡的制备方法主要可分为液相法和固相法两大类。

液相法制备的钛酸钡粒径分布窄，分散性好，但反应过程中，对设备、温度、压力要求严格，且液相法制备的钛酸钡晶体表现缺陷较多，对MLCC的烧结及介电性能有较大影响。

传统固相法，工艺简单，对设备要求不高，成本低，但产物粒径粗大，团聚现象严重。尽管传统的固相合成法有很多缺点，但由于固相合成的钛酸钡表面缺陷少，且为100%四方相，因此日本等先进钛酸钡制造厂家均采用固相合成生产钛酸钡。

尽管钛酸钡的制备方法较多，但高性能纳米四方相钛酸钡的制备是个重点更是个难点，一般采用水热法和溶胶凝胶法制备。山东工陶院研究人员采用模板定向生长法，在室温环境中构建球形结构钛酸钡粉体，通过低温（75~200℃）处理，得到具备四方相晶型的钛酸钡粉体，具有结晶度高、纯度高以及成本低的优势。