Aplicação do analisador de tamanho de partículas a laser na detecção de tamanho de partículas de titanato de bário (1))

1. Titanato de bário e seu desenvolvimento industrial

   O titanato de bário é um material composto dielétrico forte com alta constante dielétrica e baixa perda dielétrica. É um dos materiais mais utilizados em cerâmica eletrônica e é conhecido como a “espinha dorsal da indústria de cerâmica eletrônica”.

O titanato de bário, também conhecido como metaácido de bário, é solúvel em ácido sulfúrico concentrado, ácido clorídrico e ácido fluorídrico, mas insolúvel em ácido nítrico diluído a quente, água e álcali. O titanato de bário tem atualmente cinco formas, a saber: forma de cristal quadrado, forma de cristal cúbico, forma de cristal cocubina, forma de cristal trigonal e forma de cristal hexagonal. O mais comum é a forma de cristal quadrado. Na produção de cerâmicas ferroelétricas, a fase cristalina hexagonal é uma fase que deve ser evitada. Na verdade, a fase cristalina hexagonal só aparecerá quando a temperatura de queima for muito alta.

O titanato de bário é a principal matéria-prima para a preparação de muitos materiais dielétricos e piezoelétricos, como capacitores cerâmicos e termistores. Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da indústria cerâmica e da indústria electrónica, a procura de BaTiO3 continuará a aumentar, e a sua procura de BaTiO3 continuará a aumentar. Os requisitos de qualidade também estão cada vez mais elevados. A preparação de materiais em pó ultrafinos e de alta pureza é a principal forma de melhorar o desempenho de materiais cerâmicos eletrônicos. Portanto, a pesquisa sobre a preparação de titanato de bário de alta pureza, uniforme, ultrafino e até nanométrico sempre foi foco de pesquisa de cientistas de diversos países.

O titanato de bário é o material original básico dos componentes cerâmicos eletrônicos e é chamado de espinha dorsal da cerâmica eletrônica. Devido às suas boas propriedades ferroelétricas, de baixa tensão, de tensão suportável e de isolamento, é amplamente utilizado na produção de capacitores de alta capacitância, substratos multicamadas, vários sensores, materiais semicondutores e componentes de alta sensibilidade. Com o rápido desenvolvimento de componentes eletrônicos em direção a alta integração, alta precisão, alta confiabilidade, multifuncionalidade e miniaturização, requisitos mais elevados foram apresentados para a preparação de materiais de titanato de bário que atendam aos requisitos de desempenho. A preparação e pesquisa de titanato de bário nanométrico tornou-se um ponto importante de pesquisa.

A pesquisa de preparação de pó nanométrico de titanato de bário sempre foi um ponto quente no campo da ciência e tecnologia. Várias tecnologias de preparação foram bastante desenvolvidas. Com a crescente ênfase na cerâmica eletrônica de titanato de bário, o tamanho, a uniformidade e os requisitos para vários aspectos, como pureza e similaridade das propriedades químicas do produto final, também estão ficando cada vez maiores. Portanto, é necessário realizar pesquisas aprofundadas sobre o mecanismo do processo de síntese do pó de titanato de bário e controlar a forma, tamanho, desempenho e outras tecnologias das partículas. A relação entre eles deveria ser discutida com mais profundidade; os resultados atuais estão principalmente na fase de laboratório e produção em pequena escala, e as questões envolvidas na produção em grande escala devem ser estudadas; o dispositivo de síntese de partículas de nano-titanato de bário usado atualmente precisa ser melhorado. Em particular, há uma necessidade de desenvolver equipamentos industriais com alta produtividade, alto rendimento, alta qualidade e baixo custo. Com base na melhoria dos métodos de preparação, na ampliação e aprofundamento dos métodos de pesquisa e na estreita cooperação entre ciência dos materiais, física, engenharia química e outras disciplinas, acredita-se que o titanato de nanobário apresentará perspectivas amplas e atraentes na indústria eletrônica e na indústria cerâmica.

2. Preparação de titanato de bário nanômetro

O titanato de bário é um material cerâmico ferroelétrico e piezoelétrico clássico. Devido à sua alta constante dielétrica, boas propriedades ferroelétricas, piezoelétricas, de resistência à tensão e de isolamento, é usado principalmente para fazer capacitores de alta capacitância, substratos multicamadas, vários sensores, materiais semicondutores e componentes sensíveis. Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas e a miniaturização e alta integração de componentes eletrônicos, é necessário preparar e sintetizar pó cerâmico à base de titanato de bário de alta qualidade que atenda aos requisitos de desenvolvimento. Portanto, a pesquisa sobre a preparação de titanato de bário de alta pureza, uniforme, ultrafino e até nanométrico sempre foi o foco de pesquisa de cientistas de vários países. Com base no aprimoramento dos métodos de preparação e na ampliação e aprofundamento dos métodos de pesquisa, a preparação do titanato de nanobário também entrou em uma nova etapa.

Desde que a ferroeletricidade do titanato de bário foi descoberta na década de 1840, vários países começaram a estudar a síntese e preparação do titanato de bário. O método da fase líquida controla efetivamente a microestrutura e as propriedades do pó durante o processo de produção do titanato de bário usando métodos físicos e químicos. Desde a década de 1980, o método da fase líquida tornou-se gradualmente um método geralmente valorizado por vários países e desenvolveu-se gradualmente nos três métodos mais importantes. : Método de precipitação, método sol-gel, método hidrotérmico.

    O método de precipitação tem as vantagens de ser um método simples, baixo custo de material e baixo investimento em equipamentos. Elementos dopantes podem ser adicionados durante a produção para produzir diretamente uma determinada fórmula de matéria-prima em pó, que é mais adequada para a fabricação de componentes cerâmicos. O método de precipitação é um método amplamente utilizado para a produção industrial de pó de titanato de bário e também é o primeiro método de produção comercial. No entanto, este método também apresenta algumas deficiências. Por exemplo, é difícil obter nanopós com partículas muito pequenas. As partículas são fáceis de aglomerar e possuem ampla distribuição granulométrica, o que requer certo pós-processamento. O pó sintetizado muda ligeiramente com as condições de reação, titânio e bário. A flutuação específica é grande e a qualidade do produto é instável.

Devido às condições especiais de reação, o pó preparado pelo método hidrotérmico tem as vantagens de pequeno tamanho de partícula, distribuição uniforme e menor aglomeração, e suas matérias-primas são mais fáceis de obter produtos que atendam à razão estequiométrica e tenham forma cristalina completa; ao mesmo tempo, o pó não necessita de alta temperatura. O tratamento de calcinação evita o crescimento de grãos, formação de defeitos e introdução de revistas, além de possuir maior atividade de sinterização. Porém, ou o BaTiO3 sintetizado nestes trabalhos possui uma estrutura de fase cúbica metaestável em vez de uma fase tetragonal, que não consegue atender às necessidades de desempenho dos componentes eletrônicos; ou o aquecimento da água exige altas temperaturas e longos tempos, resultando em custos excessivos com equipamentos; ou aquecimento de água A síntese térmica requer a utilização de titânio orgânico como matéria-prima, o que resulta em elevados custos de equipamento, ou a síntese hidrotérmica requer a utilização de titânio orgânico como matéria-prima, o que resulta em elevados custos de produção. Essas razões impossibilitam a produção em larga escala da síntese hidrotérmica do nanopó de BaTiO3 de fase tetragonal. Ao mesmo tempo, o método hidrotérmico contém impurezas no pó, o que também limita a aplicação deste método.

     O método sol-gel frequentemente utiliza tecnologia de destilação ou recristalização para garantir a pureza das matérias-primas. Nenhuma partícula de impureza é introduzida durante o processo e o pó resultante tem um tamanho de partícula pequeno, alta pureza e uma distribuição estreita de tamanho de partícula. No entanto, as matérias-primas são caras, os solventes orgânicos são tóxicos e o tratamento térmico em alta temperatura fará com que o pó se aglomere rapidamente. O ciclo de reação é longo, as condições do processo são difíceis de controlar, a produção é pequena e é difícil aumentar a escala e industrializar. .