钛酸钡陶瓷材料制备及介电性能研究进展.pdf

符春林，赵春新，蔡苇，陈华强

(重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331)

摘要：钛酸钡(简称BT)具有优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，广泛应用于多层陶瓷电
容器、温度补偿元件、光电器件等。综述了钛酸钡陶瓷制备方法及晶粒尺寸、组成对
其介电性能的影响，并提出了研究中需要解决的一些问题。
关键词：钛酸钡；陶瓷；介电性能；铁电材料

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1引言成型、烧结等工艺过程，即可得到BT陶
钛酸钡(简称BT)是钛酸盐系列电子陶瓷瓷。
的基础母体原料，被称为“电子陶瓷业的支Geo1"-ge等人采用固相法制备了20～
柱”。作为一种典型的铁电材料，它具有优40nm的钛酸钡粉体，将粉体在1350~C下保
良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，附加值温3h烧结而成的钛酸钡陶瓷密度为理论密度
高，发展前景广阔，广泛地应用于电子学、的97％，在1MHz下，介电常数和损耗(如图
光学、声学、热学等科学领域。因此，钛酸1所示)分别为l223,13．5×l0。
钡一直是人们研究的热点。
近年来，关于钛酸钡陶瓷的制备和性能
已经取得了许多进展。本文综述钛酸钡陶瓷
制备方法及晶粒尺寸、掺杂种类和浓度对其
介电性能的影响，并提出研究中需要解决的

一些问题。
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2制备方法
国内外材料工作者已对钛酸钡陶瓷的制
备方法进行了大量研究，不断地探索新方
法，以制备出高介电常数、低介电损耗的钛
酸钡陶瓷。目前，使用较为广泛的钛酸钡陶
瓷的制备方法主要有三种：固相反应法、溶
胶一凝胶法、水热合成法。
2．1固相反应法

固相反应法是目前制备BT陶瓷最成熟的图1室温下介电常数和损耗随频率的变化
方法，主要依靠固相扩散传质方式进行反
两步法烧结是固相法中一种特殊的方
应。以BaC0、Ti0为主要原料，经球磨、
法，在烧结过程中先升温到最高温度不保

；}2010年第7卷第1期(总第34期)

l苛层
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度长时间保温，从而得到钛酸钡陶瓷的介电性能不稳定。但是，由于固相法具有产
方法。此法得到的钛酸钡陶瓷的晶粒尺寸远量高、成本低、制备工艺简单等优点，是目
小于常规烧结得到的钛酸钡陶瓷的尺寸。前国内大多数生产厂家所采用的方法。
HSi等人对比了两步法烧结的BT陶瓷和2．2溶胶一凝胶法
传统烧结BT陶瓷的介电性能。研究结果表溶胶一凝胶法是一种湿化学法，主要是
明，升温到1050℃后降温到低于900℃下进由金属Ba；~HTi的有机化合物或金属无机盐经
行烧结即可得到致密的烧结体，当在850~C水解和缩聚过程、凝胶化及相应的热处理而
下保温1～2h，所得样品的介电常数大于获得粉体，再经成型、烧结即可得~IJBT陶
1700，仅比烧结温度在1450℃保温4h的传统瓷。
烧结方法所制备的BT陶瓷的介电常数小l5Yu等以五种酸(己酸、癸酸、十二烷
左右，其介质损耗<0．0l。酸、棕榈酸和硬脂酸)为表面活性剂采用溶
固相法制备的粉体存在粒度大、粒度分胶一凝胶法制备了钛酸钡陶瓷，其密度、晶
布不均、纯度较低、掺杂元素不均匀等缺粒尺寸、介电常数、损耗如表1所示。
点，以此粉体为原料制备出的BT陶瓷材料的S．B．DeShpande等采用溶胶一凝胶法制

表1钛酸钡陶瓷在室温下的密度、晶粒尺寸、介电常数、损耗

表面活性剂己酸癸酸十二烷酸棕榈酸硬脂酸
相对密度(％)93．395．495．697．994．7
平均晶粒尺寸(gm)O．35O．501．051．201．10
介电常数(25~C)18702169431938764227
损耗(25~C)0．O230O300．0220。0260．024

备了5～15gm的钛酸钡陶瓷，介电峰值为化，置于一定温度和一定压力的容器
7200，居里温度为127℃，介电损耗约为中，在水热条件下进行化学反应，经过一定
0．005。的时问，取出并干燥，经过研磨、成型、烧
Cui等人以己酸和己二酸分别为表面活结即可得~IJBT陶瓷。
性剂，经900℃／2h热处理得到了四方相的钛Sreekantan等人以水热法在8O℃制备
酸钡纳米粉体，并以粉体为原料制备了陶出35nm的钛酸钡粉体，由此粉体烧结而成的
瓷，发现以己二酸为表面活性剂制得的钛酸钛酸钡陶瓷中小晶粒为0．3～0．5m，而大晶
钡陶瓷具有更大的晶粒尺寸、更高的相对密粒为1．5～2．0gm。
度(96．6％)、室温介电常数(3089)和更MadOna等人研究了以Ti0和TiCl为原
低的介电损耗(0．0l5)。料对BT陶瓷材料的介电性能的影响(如图2所
溶胶一凝胶法制备的粉体粒径小、分布示)。研究表明，采用Ti0为原料所制备的
较窄且尺度可控、化学均匀性好、热处理温
BT陶瓷的居里温度kETiCl为原料的要高，
度低、纯度高、成分配