CN114804194A - 一种钛酸钡粉体及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用。本发明以碳酸钡和二氧化钛为原料，通过研磨分散、过筛干燥、煅烧获得粉料，将碳酸钡和粉料混合进行研磨分散、干燥后，通过煅烧得到钛酸钡粉体。本发明采用固相法，结合两步研磨分散工艺、两步煅烧工艺及两次碳酸钡加料工艺，制备出的钛酸钡粉体的晶粒分布均匀、大小可控，结晶性好；本发明通过优化各步骤的工艺参数，在保证了钛酸钡粉体平均晶粒尺寸为310～330nm的同时，提高了钛酸钡粉体的晶粒分布均匀性，并提高了晶体的结晶度，工艺适用范围广，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种钛酸钡粉体及其制备方法与应用。
背景技术
钛酸钡(BaTiO3，BT)是一种具有高介电常数、良好的铁电、耐压、压电和绝缘等性能的电子陶瓷材料，凭借其优良的电学性能被广泛应用于制造多层陶瓷电容器(MLCC)和正温度系数热敏电阻(PTCR)等电子元器件。以常见的MLCC为例，尺寸由0402逐渐发展为0201、01005，元器件实际大小约为指甲盖的1/100。因此相应的介质层厚度也降低到1μm或以下。因此对钛酸钡也提出了更高的要求，所以纳米级钛酸钡粉体的制备，成为当今电子元器件行业的研究热点。
目前，通过固相法制备出的纳米钛酸钡粉体避免了高温高压的工艺造成的成本高以及生产的晶粒内部羟基缺陷等问题，且制备的钛酸钡粉体结晶度高，十分契合电子元器件小型化、薄型化、高容量、高可靠性的发展方向需求。然而，传统的固相法一般使用氧化钛作为钛源，使用碳酸钡作为钡源，通过传统的一步法煅烧工艺，将原料混合后高温煅烧合成钛酸钡，得到的钛酸钡粉体易凝集、分散不均匀且晶粒较大，比较难控制晶粒大小均匀性，且结晶度(C/A)低。因此，需要对钛酸钡粉体的制备方法进行改进，以获得结晶度高、晶粒大小均匀的钛酸钡粉体，满足实际应用需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种钛酸钡粉体及其制备方法和应用，通过优化制备工艺流程和过程参数，能够制备得到结晶度高、晶粒大小均匀的钛酸钡粉体。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种钛酸钡粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将碳酸钡、二氧化钛、分散剂和水混合进行研磨分散得到浆料A；
(2)将浆料A过筛后干燥，得到粉料A；
(3)将粉料A进行煅烧，得到粉料B；
(4)将粉料B、碳酸钡、分散剂和水混合进行研磨分散得到浆料B；
(5)将浆料B干燥得到粉料C；
(6)对粉料C进行煅烧，经冷却、研磨、过筛得到钛酸钡粉体。
本发明在步骤(1)的研磨分散过程中将部分碳酸钡和二氧化钛破碎分散均匀，然后通过煅烧工艺使部分碳酸钡和二氧化钛发生反应，生成表层为BaTiO3、内核为TiO2的核壳结构；在步骤(4)的研磨分散过程中，将碳酸钡与粉料B进行研磨分散，使粉料B与加入的碳酸钡分散均匀，且不破坏产物的核壳结构；通过对粉料B煅烧使Ba2+能通过已生成BaTiO3的层均匀地扩散到内核，与TiO2反应，控制整体晶粒的生长速率，从而使得晶粒能够均匀地生长。
在常规的固相法中，通常第一个反应过程为BaCO3/TiO2界面上的Ba2+扩散进入TiO2，此时以Ba2+的扩散为主，而Ti4+的扩散忽略不计，此时形成的产物阻挡层(即BaTiO3以及温度较低的产物Ba2TiO4层)会限制Ba2+的进一步扩散，而随着反应的继续进行，Ba2TiO4会与TiO2反应生产BaTiO3，加之Ba2+在阻挡层中扩散到内核与TiO2发生反应，最终得到纯相BaTiO3。与之不同的是，本发明通过控制步骤(1)中的Ba/Ti摩尔比、及步骤(3)中煅烧的工艺条件，可以避免富Ba相Ba2TiO4的产生，而只在TiO2外层生成BaTiO3层，在步骤(4)中再次加入碳酸钡，使得Ba2+只在BaTiO3层进行扩散，由于外层只有BaTiO3，在同种扩散介质中，Ba2 +的扩散速度总体保持稳定，从而避免Ba2+不均匀扩散至内核反应导致晶粒异常长大，且通过提高温度进行煅烧，使得Ba2+能更快速地进入内核TiO2而避免中间相的产生，从而使得Ba2+与Ti4+的反应更加均匀，提高整体晶粒分布均匀性。因此，相比于传统的固相法，本发明采用固相法，结合两步研磨分散工艺、两步煅烧工艺及两次碳酸钡加料工艺，并优化各工艺参数制备出的钛酸钡粉体的晶粒大小均匀、结晶度高。
优选的，所述步骤(1)中，碳酸钡和二氧化钛的摩尔比为(0.79～0.91):1。
发明人经过大量实验发现，通过控制步骤(1)中碳酸钡与二氧化钛的摩尔比为(0.79～0.91):1(即Ba/Ti＝0.79～0.91)时，可以避免富Ba相Ba2TiO4的产生，而只在TiO2的外层生成BaTiO3层，使步骤(6)煅烧时能达到Ba2+均匀扩散的效果，从而提高钛酸钡粉体的晶粒分布均匀性。若步骤(1)中的Ba/Ti＜0.790，会导致步骤(3)煅烧反应生成的BaTiO3层太薄，若步骤(1)中Ba/Ti＞0.910，会导致步骤(3)煅烧反应生成的BaTiO3层太厚，BaTiO3层太薄或太薄，导致步骤(6)煅烧时不能有效地达到Ba2+均匀扩散的效果，从而时钛酸钡粉体的晶粒分布均匀性变差，D99/D50数值>1.500。
优选的，所述步骤(1)和步骤(4)中的碳酸钡的总摩尔与步骤(1)的二氧化钛的摩尔的比为(0.998～1.002):1。
本发明通过研究发现，步骤(1)的碳酸钡和步骤(4)的碳酸钡的总摩尔与步骤(1)的二氧化钛的摩尔的比(即总Ba/Ti)会对BaTiO3晶粒的生长产生重要影响。当总Ba/Ti为0.998～1.002时，BaTiO3晶粒分布均匀，结晶度高；若总Ba/Ti大于0.998或小于1.002时，会导致BaTiO3晶粒生长不良，部分晶粒未长大或异常长大，从而导致晶粒分布均匀性变差，结晶度C/A小于1.01。
优选的，所述步骤(1)中，分散剂的质量与碳酸钡和二氧化钛的总质量的比为0.01～0.03:1。在步骤(1)中加入分散剂，有利于碳酸钡和二氧化钛分散均匀。
优选的，所述步骤(1)中，分散剂和水的质量比为(0.01～0.03):1。
优选的，所述步骤(2)中，干燥的温度为200～250℃，干燥时间为0.5～1h。
优选的，所述步骤(3)中，煅烧的升温速率为6～10℃/min，煅烧的温度为850～900℃，煅烧的时间为2～3h。
在本发明中，所述步骤(3)中，煅烧的工艺参数(升温速率、煅烧温度及时间)应当在适当范围内，从而有效避免富Ba相Ba2TiO4的产生，有利于在TiO2的外层形成均匀的BaTiO3层，有利于所述步骤(6)煅烧时Ba2+的均匀扩散，使钛酸钡粉体的晶粒分布均匀性好，D99/D50数值小于1.500。若出现以下任意一种情况：升温速率过快(＞10℃/min)或过慢(＜6℃/min)、煅烧温度过高(＞900℃)或过低(＜850℃)、煅烧时间过长(＞3h)或过短(＜2h)，均不利于在步骤(3)煅烧反应时形成均匀的BaTiO3层，反而有富Ba相Ba2TiO4产生，从而影响步骤(6)煅烧时Ba2+的均匀扩散，导致钛酸钡粉体的晶粒分布均匀性变差。
优选的，所述步骤(1)和步骤(4)中，研磨分散的方式包括为球磨、砂磨、搅拌磨、振动磨中的任意一种。
进一步优选的，所述步骤(1)中，研磨分散的方式为球磨，所述球磨的转速为350～450r/min，时间为4～6h，研磨介质为的质量为步骤(1)中碳酸钡和二氧化钛总质量的2～4倍。
进一步优选的，所述步骤(4)中，研磨分散的方式为球磨，所述球磨的转速为250～350r/min，时间为0.5～1h，研磨介质的质量为步骤(4)中粉料B和碳酸钡的总质量的1～3倍。
优选的，所述分散剂包括聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺中的至少一种。
优选的，所述碳酸钡的粒径D50为100～300nm，二氧化钛的粒径D50为50～100nm。
优选的，所述步骤(4)中，分散剂的质量与粉料B和碳酸钡的总质量的比为(0.01～0.03):1。
优选的，所述步骤(4)中，分散剂与水质量比为(0.01～0.03):1。
本发明通过研磨分散使粉料B与碳酸钡分散均匀，且不破坏产物的核壳结构，有利于Ba2+在煅烧过程中均匀扩散到内核与二氧化钛反应。
优选的，所述步骤(5)中，干燥的温度为80～100℃，干燥时间为2～3h。
优选的，所述步骤(6)中，煅烧的升温速率为6～10℃/min，煅烧的温度为935～955℃，煅烧的时间为2～3h。
本发明通过控制步骤(6)中煅烧工艺的升温速率、温度及时间，步骤(6)中煅烧的温度高于步骤(3)中煅烧的温度，使Ba2+能更快速地进入内核而避免中间相的产生，从而使与的反应更加均匀，有利于提高钛酸钡粉体的整体晶粒分布均匀性。在本发明中，步骤(6)中煅烧的工艺参数(升温速率、煅烧温度及时间)应当在适当范围内，所述步骤(6)中，煅烧的升温速率为6～10℃/min，温度为935～955℃，时间为2～3h，所得钛酸钡粉体的晶粒分布均匀性更好。
第二方面，本发明提供的一种钛酸钡粉体，由第一方面所述的钛酸钡粉体的制备方法制得。
优选的，所述钛酸钡粉体的结晶度C/A≥1.010，平均晶粒尺寸为310～330nm，D99/D50≤1.5，具有结晶度高、晶粒分布均匀的优点。
第三方面，本发明提供的一种如第二方面所述的钛酸钡粉体在制备电子元器件中的应用。
优选的，所述电子元器件为多层陶瓷电容器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用固相法，结合两步研磨分散工艺、两步煅烧工艺及两次碳酸钡加料工艺，制备出的钛酸钡粉体的晶粒分布均匀、大小可控，结晶性好；本发明通过优化各步骤的工艺参数，在保证了钛酸钡粉体平均晶粒尺寸为310～330nm的同时，提高了钛酸钡粉体的晶粒分布均匀性，并提高了晶体的结晶度，晶粒分布均匀性的D99/D50≤1.500，结晶度C/A≥1.01，工艺适用范围广，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
本实施例提供了一种钛酸钡粉体，其制备方法包括以下步骤：
(1)按照碳酸钡和二氧化钛的摩尔比为0.790:1(记为初次Ba/Ti＝0.790)，将碳酸钡和二氧化钛按比例进行配料，碳酸钡的粒径D50为200nm，二氧化钛的粒径D50为70nm，得到配料A，将配料A、纯水、聚乙二醇和二氧化锆球按照1:1:0.02:3的质量比加入球磨机中，在转速为400r/min的条件下混合球磨5h，得到浆料A；
(2)将浆料A过筛后转移至干燥设备中，在250℃下干燥0.5h，得到粉料A，粉料A呈块状；
(3)将粉料A置于窑炉中，以6℃/min的升温速率升温至850℃，在850℃下煅烧2h，得到粉料B，粉料B中已预合成有部分BaTiO3相；
(4)将粉料B机械研磨细化后，将碳酸钡和细化后的粉料B进行配料，得到配料B，配料A中碳酸钡和配料B中碳酸钡的总摩尔数和配料A中二氧化钛的摩尔数的比为1:1(记为总Ba/Ti＝1)，将配料B、纯水、聚丙烯酰胺和ZrO2球按照1:1:0.02:2的质量比加入球磨机中，在转速为300r/min的条件下混合球磨0.5h，得到浆料B；
(5)将浆料B置于干燥设备中，在100℃下干燥2.5h，得到粉料C；
(6)将粉料C置于窑炉中，以8℃/min的升温速率升温至940℃，在940℃下煅烧3h，冷却后将粉末研磨过筛，得到钛酸钡粉体。
对本实施例所得的钛酸钡粉体进行性能测试，测试方法如下：
利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A。
测试结果显示，本实施例制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A为1.01011，平均晶粒尺寸为322nm，D99/D50为1.436，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求(要求粒径范围在310～330nm，D90/D50表示的粒度分布曲线宽度范围≤1.500，要求C/A的范围≥1.010)。
实施例2
为了探究初次Ba/Ti对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1中0.790的初次Ba/Ti换成以0.65、0.85、0.91、0.99的初次Ba/Ti，制得四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行性能测试，利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表1所示。
表1
| 序号 | 初次Ba/Ti | C/A | 平均晶粒尺寸(nm) | D99/D50 |
| 1 | 0.65 | 1.00992 | 316 | 1.587 |
| 2 | 0.85 | 1.01012 | 323 | 1.402 |
| 3 | 0.91 | 1.01009 | 320 | 1.458 |
| 4 | 0.99 | 1.01003 | 322 | 1.602 |
上述表1及实施例1的测试结果表明，当初次Ba/Ti为0.79～0.91时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；当初次Ba/Ti为0.650和0.990时，参与步骤(3)煅烧反应的碳酸钡过少或过多，导致步骤(3)煅烧反应生成的BaTiO3层太薄或太厚，进而导致步骤(6)煅烧时Ba2+不能达到均匀扩散的效果，从而导致粉体晶粒分布均匀性变差，晶粒分布的D99/D50大于1.500，不满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求。
实施例3
为了探究总Ba/Ti对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1中1.000的总Ba/Ti换成0.85、0.998、1.002、1.010为总Ba/Ti，制得四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行性能测试，利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表2所示。
表2
上述表2及实施例1的测试结果表明，当总Ba/Ti为0.998～1.002时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm范围内，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；当初总Ba/Ti为0.850或1.010时，在配料B中碳酸钡加入过少或过多，导致BaTiO3晶粒生长不良，部分晶粒未长大或异常长大，从而导致晶粒分布均匀性差，粉体的平均晶粒尺寸小于300nm，且晶粒分布的D99/D50大于1.500，结晶度C/A小于1.01。
实施例4
为了探究步骤(3)中煅烧的升温速率对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1步骤(3)中的升温速率换成4℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min，制得四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行了如下性能测试：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表3所示。
表3
上述表3及实施例1的测试结果表明，当步骤(3)中煅烧的升温速率为6～10℃/min时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm范围内，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；步骤(3)中煅烧的升温速率分别为4℃/min和12℃/min，煅烧时升温速率过慢或过快，导致反应生成的BaTiO3层太薄或太厚，进而导致步骤(6)的煅烧反应时未能有效地达到Ba2+均匀扩散的效果，从而导致晶粒分布均匀性变差。
实施例5
为了探究步骤(3)中煅烧的温度对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1步骤(3)中煅烧的温度替换成800℃、880℃、900℃、930℃，制得四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行了如下性能测试：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表4所示。
表4
上述表4及实施例1的测试结果表明，当步骤(3)中煅烧温度为850～900℃时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm范围内，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；当步骤(3)中煅烧温度为800℃时，因煅烧温度过低，导致步骤(3)煅烧反应生成的BaTiO3层太薄，当步骤(3)中煅烧温度为930℃时，因煅烧温度过高，导致步骤(3)煅烧反应生成的BaTiO3层太厚，BaTiO3层太薄或太厚使步骤(6)煅烧时不能达到Ba2+均匀扩散的效果，从而导致晶粒分布均匀性变差，D99/D50数值大于1.500。
实施例6
为了探究步骤(3)中煅烧的时间对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1步骤(3)中煅烧的时间替换成1.5h、2.5h、3h、4h，制备出四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行了如下性能测试：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表5所示。
表5
上述表5及实施例1的测试结果表明，当步骤(3)中煅烧的时间为2～3h时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm范围内，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；当步骤(3)中煅烧时间为1.5h时，因步骤(3)的煅烧时间过短，导致煅烧反应生成的BaTiO3层太薄，当步骤(3)中煅烧时间为4h时，因步骤(3)的煅烧时间过长，导致反应生成的BaTiO3层太厚，BaTiO3层太薄或太厚使后续步骤(6)煅烧时不能达到Ba2+均匀扩散的效果，从而导致晶粒分布均匀性变差，D99/D50数值大于1.500。
实施例7
为了探究步骤(6)中煅烧的升温速率对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1步骤(6)中煅烧的升温速率替换成4℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min，制备出四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行了如下性能测试：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，对制备出的钛酸钡粉体进行了如下性能测试：利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表6所示。
表6
上述表6及实施例1的测试结果表明，当步骤(6)中煅烧的升温速率为6～10时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm范围内，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；当步骤(6)中煅烧的升温速率为5℃/min时，升温速度过慢导致BaTiO3的平均晶粒尺寸偏大，晶粒分布均匀性变差，D99/D50小于1.5；当步骤(6)中煅烧的升温速率为13℃/min时，升温速度过快导致BaTiO3晶粒的生长速率未能得到有效控制，从而导致晶粒分布均匀性变差，D99/D50小于1.5。
实施例8
为了探究步骤(6)中煅烧的温度对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1步骤(6)中煅烧的温度换成920℃、935℃、955℃、970℃，制备出四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行了如下性能测试：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表7所示。
表7
上述表7及实施例1的测试结果表明，当步骤(6)中煅烧温度为935～955℃时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm范围内，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；当步骤(6)中煅烧的温度为920℃时，煅烧温度过低部分晶粒未长大，晶粒分布均匀性差，D99/D50数值大于1.500；当步骤(6)中煅烧的温度为970℃时，因煅烧温度过高而导致部分晶粒异常长大，从而导致晶粒分布均匀性差，D99/D50数值大于1.500。
实施例9
为了探究步骤(6)中煅烧的时间对钛酸钡粉体性能的影响，重复实施例1的步骤，将实施例1步骤(6)中的煅烧时间换成1.5h、2.5h、3h、4h，制备出四种钛酸钡粉体。对制备出的钛酸钡粉体进行了如下性能测试：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A，测试结果如表8所示。
表8
上述表8及实施例1的测试结果表明，当步骤(6)中煅烧的时间为2～3h时，制备出的钛酸钡粉体的结晶度C/A大于1.010，平均晶粒尺寸在310～330nm范围内，D99/D50小于1.5，满足后续多层陶瓷电容器小尺寸产品的开发要求；当步骤(6)中煅烧的时间为1h时，因煅烧时间过短导致BaTiO3平均晶粒尺寸偏小，部分晶粒未长大，晶粒分布均匀性差，D99/D50大于1.500；当步骤(6)中煅烧的时间为4.5h时，因煅烧时间过长而导致BaTiO3平均晶粒尺寸偏大，部分晶粒异常长大，从而导致晶粒分布均匀性差，D99/D50大于1.500。
通过上述实施例1～9可知，将初次Ba/Ti及步骤(3)中煅烧的条件控制在适当范围内，在步骤(3)的煅烧反应后，在TiO2内核外生成了一层均匀的BaTiO3阻挡层，从而形成了以TiO2为核，以BaTiO3为外层的核壳结构；将控制Ba源的加入量以及步骤(6)中煅烧的条件控制在适当范围内，最终制备出结晶度高、晶粒分布均匀性好的钛酸钡。
对比例1
本对比例提供了一种钛酸钡粉体，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照碳酸钡和二氧化钛的摩尔比为1.000，将碳酸钡和二氧化钛按配比进行配料，得到配料A，碳酸钡的粒径D50为200nm，二氧化钛的粒径D50为70nm，将配料A、纯水、聚乙二醇和ZrO2球按照1:1:0.02:3的质量比加入球磨机中，在转速为400r/min的条件下混合球磨5h，得到浆料A；
(2)将浆料A过筛后转移至干燥设备中，在250℃下干燥0.5h，得到粉料A，粉料A呈块状；
(3)将粉料A置于窑炉中，以8℃/min的升温速率升温至940℃，在940℃下煅烧3h，冷却后将粉末研磨过筛，得到钛酸钡粉体。
对本对比例所得的钛酸钡粉体进行性能测试，测试方法如下：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A。
测试结果显示，钛酸钡粉体的结晶度C/A为1.00990，平均晶粒尺寸为311nm，D99/D50为1.694。显然，本对比例采用一次研磨和一次煅烧工艺，碳酸钡和二氧化钛的摩尔比为1.000，使得煅烧后的晶粒未能得到有效地细化，煅烧过程中晶粒异常长大，从而导致晶粒的D99/D50大于1.500，晶粒分布较宽。
对比例2
本对比例提供了一种钛酸钡粉体，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照碳酸钡和二氧化钛的摩尔比为1.000，将碳酸钡和二氧化钛按配比进行配料，得到配料A，碳酸钡的粒径D50为200nm，二氧化钛的粒径D50为70nm，将配料A、纯水、聚乙二醇和ZrO2球按照1:1:0.02:3的质量比加入球磨机中，在转速为400r/min的条件下混合球磨5h，得到浆料A；
(2)将浆料A过筛后转移至干燥设备中，在250℃下干燥0.5h，得到粉料A，粉料A呈块状；
(3)将粉料A置于窑炉中，以6℃/min的升温速率升温至850℃，在850℃下煅烧2h，得到粉料B，粉料B中已预合成有部分BaTiO3相；
(4)将粉料B机械研磨细化后，将粉料B、纯水、分散剂和二氧化锆球按照1:1:0.02:2的质量比加入球磨机中，在转速为300r/min的条件下混合球磨0.5h，得到浆料B；
(5)将浆料B置于干燥设备中，在100℃下干燥2.5h，得到粉料C；
(6)将粉料C置于窑炉中，以8℃/min的升温速率升温至940℃，在940℃下煅烧3h，冷却后将粉末研磨过筛，得到钛酸钡粉体。
对本对比例所得的钛酸钡粉体进行性能测试，测试方法如下：利用扫描电镜(SEM)观察晶粒大小，利用minitab软件统计以D90/D50表示的粒度分布曲线宽度；利用XRD测量结晶度C/A。
测试结果显示，钛酸钡粉体的结晶度C/A为1.01009，平均晶粒尺寸为321nm，D99/D50为1.645。显然，本对比例采用一次配料、两次研磨和两次煅烧工艺，将步骤(1)中Ba/Ti控制在1.000，使得煅烧过程中Ba源过多，导致煅烧反应时可能产生富Ba相的Ba2TiO4，Ba2+在BaTiO3和Ba2TiO4中扩散速率不一致，使得Ba2+和Ti4+反应速率不稳定，从而使BaTiO3晶粒的生长速率未能得到有效控制，最终生成的晶粒大小不均匀，而且由于配料时加入的Ba源过多，导致生成的BaTiO3阻挡层偏厚，使得Ba2+扩散路径变长，最终导致晶粒分布均匀性变差，D99/D50大于1.500。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将碳酸钡、二氧化钛、分散剂和水混合进行研磨分散得到浆料A；
(2)将浆料A过筛后干燥，得到粉料A；
(3)将粉料A进行煅烧，得到粉料B；
(4)将粉料B、碳酸钡、分散剂和水混合进行研磨分散得到浆料B；
(5)将浆料B干燥得到粉料C；
(6)对粉料C进行煅烧，经冷却、研磨、过筛得到钛酸钡粉体。
2.如权利要求1所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碳酸钡和二氧化钛的摩尔比为(0.79～0.91):1。
3.如权利要求1所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(4)中的碳酸钡的总摩尔与步骤(1)的二氧化钛的摩尔的比为(0.998～1.002):1。
4.如权利要求1所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，煅烧的升温速率为6～10℃/min，煅烧的温度为850～900℃，煅烧的时间为2～3h。
5.如权利要求1所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(4)中，研磨分散的方式为球磨、砂磨、搅拌磨、振动磨中的任意一种。
6.如权利要求1所述的钛酸钡粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，煅烧的升温速率为6～10℃/min，煅烧的温度为935～955℃，煅烧的时间为2～3h。
7.一种钛酸钡粉体，其特征在于，由如权利要求1～6中任一项所述的钛酸钡粉体的制备方法制得。
8.如权利要求7所述的钛酸钡粉体，其特征在于，所述钛酸钡粉体的结晶度C/A≥1.010，D99/D50≤1.5。
9.如权利要求8所述的钛酸钡粉体在制备电子元器件中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述电子元器件为多层陶瓷电容器。
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