中國粉體網(wǎng)訊
多層陶瓷電容器與水熱法
多層陶瓷電容器（MLCC）是目前世界上用量最大、發(fā)展最快的片式元件。因其結(jié)構(gòu)緊湊、介電損耗低、比容高、體積小、價格低廉，MLCC廣泛應(yīng)用于移動通信、測量儀器、家用計算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等民用電子整機(jī)的旁路、調(diào)諧、濾波、耦合、振蕩電路中，大大提高了濾波性能、高頻開關(guān)性能、抗干擾性能，減少了設(shè)備的重量和體積，在航空航天、軍事信號控制和武器彈頭控制等軍用電子設(shè)備及石油勘探等行業(yè)也深受重用。
（圖片來源：國瓷材料）
鈦酸鋇粉體是MLCC的主要原料，MLCC的發(fā)展對高質(zhì)量的鈦酸鋇粉體的要求越來越高，需求量也與日俱增。目前，制備鈦酸鋇粉體的方法有固相法、液相法、氣相法等，其中固相法和水熱法已產(chǎn)業(yè)化。固相法相對于其他方法而言，技術(shù)比較成熟，原料便宜易得，產(chǎn)量高，但此方法所需反應(yīng)溫度高，能耗較大，而且產(chǎn)品顆粒粒徑大，無法生產(chǎn)100nm以下的粉體，嚴(yán)重團(tuán)聚且組分不均勻，無法滿足MLCC的發(fā)展需求。
水熱法的研究現(xiàn)狀
水熱法，是指在特制的密閉反應(yīng)器（高壓釜）中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過對反應(yīng)體系加熱、加壓（或自生蒸氣壓），創(chuàng)造一個相對高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶而進(jìn)行無機(jī)合成與材料處理的一種有效方法。
在水熱反應(yīng)中，水的存在具有多方面的作用，水不僅充當(dāng)溶劑同時作為一種化學(xué)組分參與反應(yīng)，另外還是一種傳遞壓力的介質(zhì)，通過控制物理化學(xué)因素和加速反應(yīng)滲透，使晶體快速形成與生長。
按設(shè)備的差異，水熱法又可分為“普通水熱法”和“特殊水熱法”。所謂“特殊水熱法”是指在水熱反應(yīng)條件體系上再添加其它作用力場，如直流電場、磁場、微波場等。
按反應(yīng)溫度進(jìn)行分類，則可分為低溫水熱法和超臨界水熱合成。低溫水熱法所用溫度范圍一般在100～250℃之間。超臨界水熱合成是指利用作為反應(yīng)介質(zhì)的水在超臨界狀態(tài)（即在水的臨界溫度374℃，臨界壓力22.1MPa以上條件時）下的性質(zhì)和反應(yīng)物在高溫高壓水熱條件下的特殊性質(zhì)進(jìn)行合成反應(yīng)。
水熱法的主要優(yōu)點有以下幾方面：
（1）水熱法主要采用中低溫液相控制、工藝較簡單，不需要高溫處理即可得到晶型完整、粒度分布均勻、分散性良好的產(chǎn)品，從而相對降低能耗；
（2）適用性廣泛，既可制備出超微粒子，又可制備粒徑較大的單晶，還可以制備無機(jī)陶瓷薄膜；
（3）原料相對價廉易得，同時所得產(chǎn)品物相均勻、純度高、結(jié)晶良好、產(chǎn)率高，并且產(chǎn)品形貌與大小可控；
（4）通過改變反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)時間等因素在水熱過程中可有效地控制反應(yīng)和晶體生長；
（5）水熱合成的密閉條件有利于進(jìn)行那些對人體健康有害的有毒反應(yīng)體系，盡可能的減少環(huán)境污染。
關(guān)于水熱反應(yīng)動力學(xué)及結(jié)晶機(jī)理，有研究認(rèn)為水熱條件下晶體生長主要包括以下幾步：
（1）原料在水熱介質(zhì)中的溶解，溶解后以離子、分子或離子團(tuán)形式進(jìn)入溶液中；
（2）利用由釜內(nèi)溫度差在釜內(nèi)溶液中產(chǎn)生的強(qiáng)烈對流，將原料溶解后產(chǎn)生的離子、分子或離子團(tuán)運輸?shù)骄Ш松L區(qū)（低溫區(qū)）形成過飽和溶液；
（3）離子、分子或離子團(tuán)在生長界面進(jìn)行吸附、分解和脫附；
（4）吸附物質(zhì)在界面上的運動；
（5）溶解物質(zhì)的結(jié)晶。
鈦酸鋇粉體的水熱合成
高純度納米級鈦酸鋇粉體的合成一直是研究熱點，相對于固相法，水熱合成法技術(shù)還不成熟，但其優(yōu)勢不言而喻。水熱過程主要是對陶瓷前驅(qū)體的混合物的處理，一般是在溫度為25°C~250°C及常壓或者加壓情況下反應(yīng)。通過控制反應(yīng)過程中的工藝條件可制備出不同形貌的顆粒粒徑范圍從20nm~1μm。Christensen等人首次報道了鈦酸鋇粉體的水熱合成，因為其使用的Ti前驅(qū)體活性較低，所化反應(yīng)是在高溫高壓(380°C~450°C，30~50Mpa)下進(jìn)行的。
前驅(qū)體的反應(yīng)活性對水熱合成鈦酸鋇的反應(yīng)條件起著特別重要的影響。固體粉末、膠體、粉末與膠體混合物均可為前驅(qū)體，Ba(OH)2·8H2O和Ba(CH3COO)2，固體TiO2，無定形TiO2凝膠，均為制備鈦酸鋇粉體的常用原料。
小結(jié)
鈦酸鋇電子陶瓷所用鈦酸鋇粉體一般為四方相，要想直接水熱合成出四方相鈦酸鋇，就需要使用高活性的前驅(qū)體，或者通過提高反應(yīng)體系的Ba/Ti、堿度，添加輔助劑，如表面活性劑，與其他技術(shù)相結(jié)合的方法，如微波水熱法、溶膠-凝膠-水熱法、水熱-沉淀法、水熱電化學(xué)法來促進(jìn)四方相鈦酸鋇的形成。
雖然納米鈦酸鋇粉體的制備技術(shù)飛速發(fā)展，但仍有很多問題亟需解決，如鈦酸鋇納米顆粒形成過程機(jī)理，亞穩(wěn)態(tài)立方相穩(wěn)定存在的原因，臨界尺寸的大�。缓铣裳b置的工業(yè)化，粉體的表征手段的局限，四方相含量的準(zhǔn)確測量等。
參考資料：
李婷：水熱法合成鈦酸鋇粉體的研究
趙曼：水熱法以磷鐵制備電池級磷酸鐵及改性研究
孫慶軍：水熱與微波水熱法合成形貌可控納米氧化鎢粉體
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！
