文 献 综 述

1、前言

钛酸钡(BaTiO3) 是钛酸盐系电子陶瓷的主要原料，作为一种铁电材料，由于其具有高的介电常数、低介电损耗以及良好铁电、压电、耐压、绝缘性能的特点，被广泛应用于制作热敏电阻器( PTCR) 、多层陶瓷电容器(MLCC)、电光器件和DRAM器件。因此，钛酸钡是电子陶瓷元件的重要原料，具有很高附加值，被誉为”电子陶瓷的支柱”[1]。随着电子陶瓷元件日益向微型、轻量、薄型、多功能、高可靠和高稳定的方向发展， 技术上对BaTiO3粉体提出了高纯超细乃至更高的要求。日本厂家以D50为100纳米的BaTiO3为基础制作出10uF～100 uF的小尺寸MLCC，而国内厂家以D50为300～500纳米的BaTiO3为基础制作X7R陶瓷粉料电子陶瓷材料的优良性能是通过其特殊的化学组成和显微结构来实现，需要精细控制陶瓷加工的各个连续工艺。粉体的制备作为先进材料的第一步，是原料的准备阶段，它的性能直接影响陶瓷材料的组成与结构，进而影响到材料的性能。

2、钛酸钡的结构与性能

钛酸钡属于典型的ABO3型钙钛矿结构，1460℃以上结晶出的钛酸钡属于非铁电相的六方晶系。在1460℃至130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿结构，如图1-1所示。A位为Ba2 ，即处于立方晶胞的8个顶角；B位为Ti4 ，即处于立方体的体心位置，如图1-1-a所示；而O2-处于立方体的6个面心，即构成氧八面体，钛离子处于氧八面体中央，如图1-1-b所示[2-3]。

图1-1 ABO3型钙钛矿结构示意图

当温度高于130℃时，钛离子的热动能很高，振动时偏离中心位置移向六个氧离子的几率是均等的，此时无偶极矩的产生，晶体不表现出铁电性和压电性，处于顺电态。随着温度的下降，晶体的对称性开始下降,钛酸钡由立方相向四方相转变，立方相向四方相转变的温度点Tc称为居里温度点。在130℃至5℃温区范围内，钛酸钡为四方晶系，具有显著的铁电性。这主要是由于Ti4 的热运动能量随着温度降低而减小。当温度降低至Tc以下，由热涨落所形成的Ti4 热运动能量较低，不足以克服Ti4 位移后的Ti4 、O2-相互作用所产生的内电场，因此Ti4 就向着某一个O2-靠近，正负电荷的作用中心产生位移，出现电偶极矩，即沿某一晶轴方向发生自发极化。极化会影响到Ti4 离子周围晶胞中的热振动能较低的Ti4 ,使周围一定空间范围内的Ti4 离子沿同一方向发生极化，从而形成所谓自发极化电畴。极化后晶胞沿原立方晶胞的某一个轴向拉长，这一轴向成为四方晶系的c轴，而沿其他的两轴缩短，这两轴向成为四方晶系的两个均等的a轴，其中a=3.986Aring;，c=4.026Aring;,c/agt;1。晶胞由立方相转变为四方相。

立方BaTiO3 晶体转变为四方相后，晶体中就出现了一个个由许多晶胞组成的电畴。四方BaTiO3 单晶中，相邻电畴的自发极化方向只能相交成180#176;或90#176;，如图2所示。当一个立方BaTiO3 晶体自然冷却到居里温度Tc以下时，总是变成多畴晶体，即晶体中出现许多180#176;畴壁和90#176;畴壁，从而使晶体内部相应的产生内应力。在BaTiO3晶体的自发极化和电畴结构作用下，BaTiO3晶体则具有很高的介电常数。

图2 四方BaTiO3 单晶的电畴结构示意图

3、钛酸钡的制备方法