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納米鈦酸鋇基電子陶瓷粉體的溶膠-凝膠自燃合成產業化

鐵電陶瓷粉體及其集成器件的研究與開發是目前最為活躍的領域。大部分鐵電陶瓷是鈣鈦礦型復氧化物，其中最為重要的是BaTiO3基氧化物陶瓷。BaTiO3是在第二次世界大戰的1942年到1945年間，由美國、蘇聯、日本各自發現的高介電常數、強介電體的材料。由于其具有優越的介電、壓電、鐵電性能，被廣泛應用于制備各種陶瓷電容器、微波器件、鐵電存儲器、溫度傳感器、非線性變阻器、熱敏電阻、超聲波振子、蜂窩狀發熱體等電子器件。隨著現代科學技術的飛速發展和電子元件的小型化、高度集成化，需要制備與合成符合發展要求的高質量的鈦酸鋇基陶瓷粉體。納米BaTiO3基電子陶瓷具有獨特的絕緣性、壓電性、介電性、熱釋電性和半導體性為元器件的小型化、集成化帶來可能，大大提高了產品的附加值和市場競爭力。如采用納米BaTiO3粉末制多層電容器，可以顯著減薄每層厚度增加層數，從而大大提高電容量和減小體積。因此，低成本合成鈦酸鋇基納米陶瓷粉體對我國信息產業、電子工業等的發展具有重要的意義。溶膠-凝膠自燃合成(Sol-gel Autoignition Synthesis，SAS)是九十年代伴隨著高溫燃燒合成的深入研究和超純、超細氧化物陶瓷的制備而出現的一種低成本制備與合成單一氧化物和復雜氧化物的技術。它是指有機鹽凝膠或有機鹽與金屬硝酸鹽在加熱過程中發生氧化還原反應，燃燒產生大量氣體，可自我維持并合成所需燃燒產物的材料合成工藝。它的主要的特點有以下幾點：(1)：燃燒體系的點火溫度低(150℃-200℃)，一般為有機物的分解溫度；(2)：燃燒火焰溫度較低(1000℃-1400℃)，燃燒時產生大量氣體，可獲得具有高比表面積的陶瓷粉體。高溫燃燒合成燃燒溫度一般高于1800℃，合成的粉體粒度較粗，而SLCS則可制得納米粉末；(3)各組分達到分子或原子水平的復合；(4)：反應迅速：燃燒合成一般在幾分鐘內完成；(5)所合成的粉體疏松多孔，分散性良好；(6)：耗能低；(7)：所用設備和工藝簡單、投資小；(8)：自凈化：由于原料中的有害雜質在燃燒合成過程中能揮發逸出，所以產品純度易于提高。本項目申請者采用SAS技術已經成功地合成了粒度達70nm左右的BaTiO3陶瓷粉體。廣泛應用于制備各種陶瓷電容器、微波器件、鐵電存儲器、溫度傳感器、非線性變阻器、熱敏電阻、超聲波振子、蜂窩狀發熱體等電子器件。

北京科技大學 2021-04-11

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