功能陶瓷用高纯亚微米BaTiO3粉体的制备过程研究

论文摘要

本论文针对至今为止钛酸钡粉体制备方法研究以及粒度与形貌控制等所存在的问题,选择工艺相对简单的直接沉淀法,对钛酸钡制备过程进行了较为系统的研究。在进行制备过程研究的同时,对钛酸钡的形成机理及其结构进行了探讨。通过实验,初步找到了影响钛酸钡粉体粒度大小的主要因素及作用规律,并对直接沉淀法的粒度控制进行了初步探讨。实验采用FT-IR、XRD、SEM等手段对制备所得产物进行表征,考察了合成条件（包括体系酸度、反应温度、料液预热温度等）对所得产物物相组成以及颗粒大小的影响;考察了钛酸钡中杂质相碳酸钡的产生原因以及相对含量随合成条件改变的趋势;实验还考察了酸度条件对钛酸钡形成的影响及作用机理,并对直接沉淀法所得钛酸钡的结构提出了自己的观点;对钛酸钡的形成机理以及粒度控制进行了初步探讨。获得了一些有意义的结果:体系酸度与一定能量场是直接沉淀法钛酸钡形成的必要条件。本研究条件下,必须使得体系pH>13且反应温度达60℃以上,方能获得以立方相钛酸钡为主要物相的产物。OH-在钛酸钡形成过程中扮演了多种角色,一方面不仅起了中和的作用,而且在对促进分子构型的转变,形成正八面体配合物以及醇键的转化等过程中都起了至关重要的作用;另一方面,在反应的微环境中起催化作用,作为一种驱动力促进钛酸钡的形成。研究认为,直接沉淀法所得钛酸钡钛氧八面体中有一个顶点可能不是氧而是羟基;钛酸钡的形成并非钡离子与钛酸根直接反应而不经过中间体,反应的驱动力也不仅仅是强酸强碱中和反应放出的热量,其反应机理很可能为一种吸附渗透进而交换的机理。影响直接沉淀法制备所得钛酸钡粉体颗粒大小的主要因素为:TiOCl2料液的初始浓度以及产物形成初期的吸附温度。严格控制制备过程中适当的合成条件,即能获得颗粒大小为0.4μm左右的粒度分布较窄、近似球形的理想钛酸钡粉体。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 钛酸钡化学性质与结构
• 1.2.1 立方相钛酸钡结构
• 1.2.2 四方相钛酸钡结构
• 1.3 钛酸钡的性能与应用
• 1.3.1 铁电性
• 1.3.2 压电性
• 1.3.3 介电性
• 1.3.4 热释电性
• 1.3.5 PTC 效应
• 1.4 钛酸钡制备方法研究动态及进展
• 1.4.1 固相法
• 1.4.2 液相法
• 1.5 钛酸钡制备过程研究进展
• 1.5.1 前驱体热处理对钛酸钡物相以及结晶度的影响
• 1.5.2 热处理过程对钛酸钡相变的影响
• 1.5.3 反应温度对钛酸钡物相的影响
• 1.5.4 pH 对钛酸钡形成及物相的影响
• 1.5.5 液相法制备所得钛酸钡晶相探讨进展
• 1.5.6 液相法制备钛酸钡形成机理探讨的进展
• 1.6 钛酸钡制备过程研究中存在的问题
• 1.7 本课题研究目的及内容
• 1.7.1 立题依据
• 1.7.2 研究内容
• 第二章 直接沉淀合成法制备钛酸钡
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂与仪器设备
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器及设备
• 2.3 初始料液配制
• 2.3.1 氯化钡溶液的配制
• 2.3.2 氯化氧钛溶液的配制
• 2.3.3 氢氧化钠溶液的配制
• 2.4 初始料液浓度的确定
• 2.4.1 氯化钡溶液浓度的测定
• 2.4.2 氯化氧钛溶液浓度的测定
• 2.4.3 氢氧化钠溶液浓度的测定
• 2.5 钛酸钡粉体的制备
• 2.6 样品的表征方法及原理
• 2.6.1 FT-IR 表征
• 2.6.2 XRD 表征
• 2.6.3 SEM 表征
• 2.6.4 样品粒度表征
• 2.6.5 样品光学显微表征
• 2.6.6 样品DTG 分析
• 2.7 直接沉淀合成法工艺改良
• 2.8 改良直接沉淀合成法所得钛酸钡表征
• 2.8.1 样品XRD 表征
• 2.8.2 样品FT-IR 表征
• 2.8.3 样品SEM 表征
• 2.8.4 样品粒度及粒度分布
• 2.8.5 样品光学显微形貌
• 2.9 本章小结
• 第三章 钛酸钡制备过程及形成机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 合成条件对钛酸钡形成的影响
• 3.2.1 酸度对产物物相及钛酸钡形成的影响
• 3.2.2 反应温度对产物物相及钛酸钡形成的影响
• 3.2.3 初始料液温度对产物物相及钛酸钡形成的影响
• 3.2.4 加料方式与顺序以及合成时间对钛酸钡形成的影响
• 3.3 钛酸钡产物中杂质相碳酸钡的产生与控制
• 3.3.1 合成过程中碳酸钡的产生与控制
• 3.3.2 后续处理过程中碳酸钡的产生与控制
• 3.4 酸度作用机理及所得钛酸钡结构探讨
• 4 水解的影响'>3.4.1 酸度对TiCl₄水解的影响
• 3.4.2 酸度对钛酸钡形成的影响
• 3.4.3 立方相钛酸钡结构的探讨
• 3.5 钛酸钡形成机理的探讨
• 3.6 本章小结
• 第四章 直接沉淀合成法制备钛酸钡粒度控制初步探讨
• 4.1 引言
• 4.2 初始料液浓度对钛酸钡颗粒大小的影响
• 4.3 其它合成条件对钛酸钡颗粒大小的影响
• 4.3.1 吸附温度对粉体粒度的影响
• 4.3.2 酸度条件对粉体粒度的影响
• 4.3.3 合成温度对粉体粒度的影响
• 4.3.4 反应时间对粉体粒度的影响
• 4.3.5 合成条件正交试验综合分析
• 4.4 洗涤方式对钛酸钡颗粒的影响
• 4.5 相对优化条件下所得钛酸钡粉体粒度及形貌
• 4.6 结果的讨论
• 4.6.1 影响颗粒大小的主要因素
• 4.6.2 粉体颗粒的实际状况
• 4.6.3 初始料液浓度对产品粒度的影响
• 4.6.4 吸附温度对产品粒度的影响
• 4.6.5 酸度条件对产品粒度的影响
• 4.6.6 合成温度及时间对产品粒度的影响
• 4.6.7 洗涤方式对产品粒度的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文清单