KR20210153705A - Nano barium titanate microcrystals and their manufacturing method, and barium titanate powder and their manufacturing method - Google Patents
Nano barium titanate microcrystals and their manufacturing method, and barium titanate powder and their manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210153705A KR20210153705A KR1020217037842A KR20217037842A KR20210153705A KR 20210153705 A KR20210153705 A KR 20210153705A KR 1020217037842 A KR1020217037842 A KR 1020217037842A KR 20217037842 A KR20217037842 A KR 20217037842A KR 20210153705 A KR20210153705 A KR 20210153705A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- barium titanate
- nano
- microcrystals
- temperature
- barium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/003—Titanates
- C01G23/006—Alkaline earth titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
- C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
- C04B35/465—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
- C04B35/468—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
- C04B35/4682—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates based on BaTiO3 perovskite phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/781—Nanograined materials, i.e. having grain sizes below 100 nm
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
나노 티탄산바륨 미세 결정 및 그 제조 방법과 티탄산바륨 파우더 및 그 제조 방법을 제공한다. 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법은, 질량 농도가 20% 이상인 나노 이산화티탄 수분산액과 수산화 바륨 수용액을 쾌속으로 혼합하여, 획득한 혼합계의 온도가 양자의 쾌속적인 혼합에 의해 수산화 바륨 수용액의 온도보다 2℃ 만큼 낮도록 하는 단계; 불활성 분위기에서, 혼합계가 90~110℃에서 상압 수열 합성 반응하도록 하여, 반응 생성물을 수집하고 세척 및 건조하여, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득하는 단계를 포함한다. 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하여 소성함으로써 고품질의 티탄산바륨 파우더를 획득할 수 있다.Provided are microcrystals of nano barium titanate and a method for manufacturing the same, and barium titanate powder and a method for manufacturing the same. In the method for producing nano barium titanate microcrystals, the aqueous solution of nano titanium dioxide having a mass concentration of 20% or more and an aqueous solution of barium hydroxide are rapidly mixed, and the temperature of the obtained mixing system is obtained by rapidly mixing both of the aqueous solution of barium hydroxide. lowering the temperature by 2°C; In an inert atmosphere, the mixture system is subjected to atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction at 90 to 110° C., and the reaction product is collected, washed and dried to obtain nano barium titanate microcrystals. High-quality barium titanate powder can be obtained by firing the nano-barium titanate microcrystals as a raw material.
Description
본 발명은 나노 재료 기술에 관한 것으로서, 특히 나노 티탄산바륨 미세 결정 및 그 제조 방법과 티탄산바륨 파우더 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to nanomaterial technology, and more particularly, to nano-barium titanate microcrystals and a method for producing the same, and barium titanate powder and a method for producing the same.
티탄산바륨(BaTiO3)은 우수한 유전, 강유전 및 압전 성능을 구비하므로, 전기 세라믹 산업에 널리 사용되고 있으며, 다층 세라믹 커패시터(MLCC), 정 온도계수 서미스터(PTC), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)와 같은 전자 엘리먼트를 제조하기 위한 기본 재료이다.Since barium titanate (BaTiO 3 ) has excellent dielectric, ferroelectric and piezoelectric performance, it is widely used in the electric ceramic industry, and is widely used in multilayer ceramic capacitors (MLCC), positive temperature coefficient thermistors (PTC), and dynamic random access memory (DRAM). It is a basic material for manufacturing electronic elements.
현재, 주로 사용하는 나노 티탄산바륨 파우더를 제조하는 공정은 대체적으로 고체상 소결 방법과 액상 합성 방법이 있으며, 여기서 액상 합성 방법은 추가적으로 졸-겔 방법, 공침법, 수열법 같은 것들이 있다. 고체상 소결 방법은 티탄산바륨을 이루는 금속 원소(Ti와 Ba)의 산화물 또는 산성염을 혼합, 연마한 후, 1100℃ 좌우의 고온에서 소성하고, 고체상 반응을 통해 원하는 파우더를 형성한다. 고체상 소결 방법은 공정이 보다 간단하지만, 제조된 파우더의 입자가 쉽게 뭉치고, 입경이 크고, 불순물 함량이 많으며, 재료 균일성이 떨어지므로, 전자 엘리먼트의 높은 성능, 소형화 수요를 만족시킬 수 없다. 졸-겔 방법과 공침법으로 제조된 파우더는 순도가 높고, 입경이 작지만, 공정이 복잡하고, 원료 원가가 고가이므로, 산업 생산을 구현하는데 어려움이 존재한다.Currently, the mainly used process for producing nano barium titanate powder generally includes a solid-phase sintering method and a liquid-phase synthesis method, where the liquid-phase synthesis method additionally includes a sol-gel method, a co-precipitation method, and a hydrothermal method. In the solid-state sintering method, oxides or acid salts of the metal elements (Ti and Ba) constituting barium titanate are mixed and polished, and then calcined at a high temperature of 1100° C. left and right, and a desired powder is formed through a solid-phase reaction. The solid-state sintering method has a simpler process, but the particles of the prepared powder easily aggregate, have a large particle size, have a high impurity content, and have poor material uniformity, so it cannot satisfy the demand for high performance and miniaturization of electronic elements. The powder prepared by the sol-gel method and the co-precipitation method has high purity and small particle size, but the process is complicated and the raw material cost is high, so there is a difficulty in realizing industrial production.
수열법은 또한 고압 수열법과 상압 수열법으로 구분될 수 있다. 고압 수열법은 고압 반응기와 같은 밀폐 시스템에서, 분산된 TiO2 미세 입자를 함유하는 Ba(OH)2 수용액에 대해 수열 처리를 수행하고, 일정한 온도와 물의 자체 생성 압력에서, 티탄산바륨 파우더를 획득한다. 고온, 고압 수열 조건에서는, 상압 조건으로 획득할 수 없는 하나의 특수 물리 화학 환경을 제공하여, 전구체가 반응 시스템에서 충분히 용해되어, 일정한 과포화도에 도달하도록 할 수 있으므로, 핵 형성 결정화가 이루어져 파우더 또는 나노 결정을 생성한다. 따라서, 고압 수열법으로 제조된 티탄산바륨 파우더는 순도가 높고, 결정도가 높고, 입경이 작고, 입자가 균일하게 분포되는 것과 같은 이점을 구비하며, 원료 친환경을 달성할 수 있다. 하지만 수열 반응은 고온, 고압 및 밀폐된 조건에서 이루어지므로, 반응 과정에서 많은 에너지를 소모하고, 안전성이 낮을 뿐만 아니라, 로트 생산만 가능할 뿐, 대규모 연속적 생산은 불가능하고; 또한, 반응이 알칼리성 조건 및 고온 고압 환경에서 이루어지므로, 반응기에 대한 요구가 더욱 높고, 기기 투입 및 조작 요구와 같은 원가도 매우 높다.The hydrothermal method can also be divided into a high-pressure hydrothermal method and an atmospheric pressure hydrothermal method. The high-pressure hydrothermal method performs hydrothermal treatment on a Ba(OH) 2 aqueous solution containing dispersed TiO 2 fine particles in a closed system such as a high-pressure reactor, and at a constant temperature and self-generated pressure of water, barium titanate powder is obtained. . Under high-temperature, high-pressure hydrothermal conditions, it provides a special physicochemical environment that cannot be obtained under atmospheric conditions, so that the precursor is sufficiently dissolved in the reaction system to reach a certain degree of supersaturation, so that nucleation crystallization occurs to form powder or nano make a decision Therefore, the barium titanate powder produced by the high-pressure hydrothermal method has advantages such as high purity, high crystallinity, small particle size, and uniform distribution of particles, and can achieve eco-friendly raw materials. However, since the hydrothermal reaction is carried out under high temperature, high pressure and closed conditions, it consumes a lot of energy in the reaction process, has low safety, and can only be produced in a lot, but large-scale continuous production is impossible; In addition, since the reaction is carried out in an alkaline condition and a high-temperature and high-pressure environment, the demands on the reactor are higher, and the costs such as equipment input and operation requirements are also very high.
상압 수열법은 일반적으로 테트라 부틸 티타네이트와 같은 티탄 금속 유기 화합물을 티탄 소스로 하고, 수산화 바륨을 바륨 소스로 하고, n-부탄올과 같은 알콜류의 물질을 용제로 하여, 반응 시스템이 동시에 티탄 소스의 전환과 티탄산바륨의 생성이 이루어지도록 한다. 상압 수열법은 상압 및 50~110℃의 저온에서 수행되므로, 기기에 대한 요구가 단순하고 보다 안전적이고, 보다 쉽게 산업화를 구현할 수 있으며, 현재 보다 성숙되었다. 하지만, 기존의 연구에서, 상압 수열법으로 생산된 티탄산바륨 입자는 입경이 보다 큰 바, 일반적으로 100㎚ 이상이며, 입도 분포가 집중되지 않고, 분산성이 떨어지므로, 전기 세라믹 산업에서 티탄산바륨에 대한 고품질 수요를 만족시킬 수 없다.Atmospheric pressure hydrothermal method generally uses a titanium metal organic compound such as tetrabutyl titanate as a titanium source, barium hydroxide as a barium source, and an alcohol-like substance such as n-butanol as a solvent. Allow conversion and production of barium titanate to occur. Since the atmospheric pressure hydrothermal method is carried out at normal pressure and at a low temperature of 50∼110°C, the requirements for the device are simple, more secure, and industrialization can be realized more easily, and it is more mature now. However, in previous studies, barium titanate particles produced by atmospheric pressure hydrothermal method have a larger particle size, generally 100 nm or more, and the particle size distribution is not concentrated and dispersibility is poor. cannot satisfy the high-quality demand for
따라서, 상압 수열법을 기반으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 생산 공정을 개발하여, 고품질의 티탄산바륨 파우더를 획득하고, 보다 높은 생산 효율을 얻을 수 있도록 하는 것은, 현재 해결하야 할 과제로 남아 있다.Therefore, developing a production process for nano barium titanate microcrystals based on the atmospheric pressure hydrothermal method to obtain high quality barium titanate powder and to obtain higher production efficiency remains a task to be solved at present.
종래기술에 따른 상술한 흠결을 해결하기 위하여, 본 발명은 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법을 제공하며, 상압 수열 합성 공정을 통해, 제조된 나노 티탄산바륨 미세 결정이 입경이 보다 작고, 입경의 분포가 균일하고, 순도가 높은 특성을 갖도록 하고, 매우 높은 수율을 가지며, 고품질 티탄산바륨 파우더의 원료로서 사용될 수 있다.In order to solve the above-described defects according to the prior art, the present invention provides a method for manufacturing nano barium titanate microcrystals, and the nano barium titanate microcrystals prepared through the atmospheric pressure hydrothermal synthesis process have a smaller particle size, and the particle size distribution is uniform, has high purity, has a very high yield, and can be used as a raw material for high-quality barium titanate powder.
본 발명은 나노 티탄산바륨 미세 결정을 더 제공하며, 상술한 제조 방법으로 제조되고, 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정은 입경이 작고, 입경 분포가 균일하고, 순도가 높은 특성을 구비하고, 고품질의 티탄산바륨 파우더의 생산 원료로서 사용될 수 있다.The present invention further provides nano barium titanate microcrystals, manufactured by the above-described manufacturing method, wherein the nano barium titanate microcrystals have small particle sizes, uniform particle size distribution, high purity, and high quality barium titanate. It can be used as a raw material for the production of powder.
본 발명에서 제공하는 티탄산바륨 파우더의 제조 방법은, 상술한 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하여, 순도가 높고, 결정성과 분산성이 우수하며, 입경이 작은 나노 티탄산바륨 파우더를 제조할 수 있으며, 매우 높은 수율을 가진다.The method for producing barium titanate powder provided in the present invention can produce nano barium titanate powder having high purity, excellent crystallinity and dispersibility, and having a small particle size by using the above-described nano barium titanate microcrystals as a raw material, It has a very high yield.
본 발명은 티탄산바륨 파우더를 더 제공하며, 상술한 제조 방법으로 제조되고, 상기 티탄산바륨 파우더는 입경이 작고 제어 가능하고, 순도가 높고, 결정성과 분산성이 우수한 특성을 구비하며, 매우 높은 수율을 가진다.The present invention further provides barium titanate powder, which is produced by the above-described manufacturing method, wherein the barium titanate powder has a small particle size and controllable, high purity, excellent crystallinity and dispersibility, and a very high yield. have
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은,In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing nano barium titanate microcrystals, the method comprising:
온도가 보다 낮은 나노 이산화티탄 수분산액과 온도가 보다 높은 수산화 바륨 수용액을 쾌속으로 혼합하여, 획득된 혼합계의 온도가 양자의 쾌속적인 혼합에 의해 수산화 바륨 수용액의 온도보다 2℃만큼 낮도록 하되; 여기서, 나노 이산화티탄 수분산액의 질량 농도는 20% 이상인 단계; Rapidly mixing the nano titanium dioxide aqueous dispersion having a lower temperature and an aqueous solution of barium hydroxide having a higher temperature so that the temperature of the obtained mixing system is lower than the temperature of the aqueous barium hydroxide solution by 2°C by rapid mixing of both; Here, the mass concentration of the nano titanium dioxide aqueous dispersion is 20% or more;
불활성 분위기에서, 혼합계가 90~110℃에서 상압 수열 합성 반응을 진행하도록 하고, 반응 생성물을 수집하고 세척 및 건조하여, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득하는 단계를 포함한다.In an inert atmosphere, the mixture system proceeds the atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction at 90 to 110° C., and collecting, washing and drying the reaction product to obtain nano barium titanate microcrystals.
기존에 상압 수열 합성 방법을 사용하여 나노 티탄산바륨 파우더를 제조할 때, 만약 티탄 소스인 TiO2 농도가 높으면, 나노 티탄산바륨 파우더의 입자 입경이 보다 크고, 입도 분포가 집중되지 않고, 입자 사이의 뭉침 현상이 극히 심한 문점을 초리해게 되며; TiO2의 농도가 지나치게 낮으면, 생산 효율이 떨어지며, 티탄산바륨 입자의 입경도 보다 크게 된다. 이러한 상황을 감안하여, 본 발명은 해결방안을 제시하는 바, 고농도(질량 농도≥20%)의 나노 이산화티탄 수분산액을 원료로 하여, 우선 나노 이산화티탄 수분산액과 수산화 바륨 수용액을 쾌속으로 혼합한 후, 상압 수열 합성을 수행함으로써, 상압 수열 합성 반응 과정에서의 용제 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 생산 효율을 향상시키고, 대규모 연속적 생산을 달성하고, 획득된 나노 티탄산바륨 미세 결정 입자는 입경이 작고 균일하며, 순도가 높은 등의 이점을 구비하여, 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하여, 소성 또는 기타 수단을 거쳐, 결정체의 발육이 더욱 우수한 티탄산바륨 파우더를 획득할 수 있으며, 상기 티탄산바륨 파우더도 입경이 작고, 입경 분포가 균일하고, 순도가 높으며, 분산성이 우수한 특성을 구비한다.When producing nano barium titanate powder using the conventional atmospheric pressure hydrothermal synthesis method, if the TiO 2 concentration as the titanium source is high, the particle size of the nano barium titanate powder is larger, the particle size distribution is not concentrated, and agglomeration between the particles You'll get rid of the extremely severe punctuation; When the concentration of TiO 2 is too low, the production efficiency is lowered, and the particle size of the barium titanate particles is larger than that of the particles. In view of this situation, the present invention proposes a solution, in which a high concentration (mass concentration ≥ 20%) aqueous nano titanium dioxide dispersion is used as a raw material, and first, an aqueous nano titanium dioxide dispersion and an aqueous barium hydroxide solution are rapidly mixed. Then, by performing atmospheric pressure hydrothermal synthesis, it is possible to reduce the amount of solvent used in the atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction process, improve production efficiency, achieve large-scale continuous production, and the obtained nano barium titanate microcrystalline particles have a small particle size With advantages such as uniformity and high purity, it is possible to obtain a barium titanate powder with better crystal growth by using the nano-barium titanate microcrystals as a raw material, through calcination or other means, and the barium titanate powder It has small particle size, uniform particle size distribution, high purity, and excellent dispersibility.
상술한 나노 이산화티탄 수분산액과 수산화 바륨 수용액 사이의 쾌속적인 혼합, 또는 티탄 소스와 바륨 소스의 쾌속적인 혼합은, 혼합계의 온도 하강 정도로 나타내어지는 바, 즉 양자의 쾌속적인 혼합에 의해 직접적으로 초래되는 온도의 현저한 하강은, 혼합 과정에서 외부 냉각 등의 수단에 의한 온도의 현저한 하강에 포함되지 않는다. 일반적인 산업 생산에서, 이들의 쾌속적인 혼합이 히터로 가열되는 상태에서 이루어지더라도, 온도가 보다 낮은 이산화티탄 수분산액의 첨가량이 크고, 첨가 속도가 빠르기 때문에, 히터가 시스템의 쾌속 승온을 유지시킬 수 없으므로, 혼합계의 온도는 혼합 전의 수산화 바륨 수용액의 온도에 비해 적어도 2℃ 낮다. 본 발명의 구체적인 실시 과정에서는, 혼합 과정에서, 혼합계의 온도가 2℃ 이상 하강한 것이 모니터링되었을 때 이른 바 “쾌속적인 혼합”이 이루어진 것을 나타낸다. 예를 들어 나노 이산화티탄 수분산액을 쾌속으로 수산화 바륨 수용액으로 첨가하여, 수산화 바륨 수용액 혼합계의 온도가 대폭 낮아지고, 온도 하강 폭이 2℃ 이상에 도달하면, 이들의 “쾌속적인 혼합”에 도달한 것으로 간주한다.The rapid mixing between the aqueous nano titanium dioxide dispersion and the aqueous barium hydroxide solution, or the rapid mixing of the titanium source and the barium source, is indicated by the degree of temperature drop of the mixing system, that is, directly caused by the rapid mixing of both. A significant decrease in the temperature to be used is not included in the significant decrease in temperature by means such as external cooling during the mixing process. In general industrial production, even if their rapid mixing is performed under heating with a heater, since the addition amount of the aqueous titanium dioxide dispersion with a lower temperature is large and the addition rate is fast, the heater cannot maintain the rapid temperature rise of the system. Therefore, the temperature of the mixing system is at least 2°C lower than the temperature of the aqueous barium hydroxide solution before mixing. In the specific implementation process of the present invention, when it is monitored that the temperature of the mixing system has dropped by 2° C. or more during the mixing process, so-called “rapid mixing” is indicated. For example, when nano titanium dioxide aqueous dispersion is rapidly added to barium hydroxide aqueous solution, the temperature of the barium hydroxide aqueous solution mixing system is significantly lowered, and when the temperature drop reaches 2℃ or more, “rapid mixing” thereof is reached. considered to have been
물론, 원료 첨가 또는 혼합 속도는 전체 혼합 용액의 온도가 가능한 빨리 균형을 이루고 안정화되도록 확보함으로써, 이 후의 티탄산바륨 입자 생장 사이즈의 일치성을 확보하여야 한다. 실제 산업 생산에서, 일반적으로 효율이 높은 믹서와 고속 액체 첨가 기기를 사용하거나, 온라인 타입 연속 믹서를 사용하여, 나노 이산화티탄 수분산액과 수산화 바륨 수용액이 쾌속으로, 균일하게 혼합되도록 한다. 쾌속으로 혼합하는 과정에서, 일반적으로 복수의 대표적인 모니터링 포인트를 선정하여 혼합 과정에서의 온도 변화를 테스트할 수 있으며, 각 모니터링 포인트의 온도가 모두 2℃ 이상 낮아지고 감소 폭이 기본적으로 일치한 것이 바람직하다.Of course, the raw material addition or mixing speed must ensure that the temperature of the entire mixed solution is balanced and stabilized as quickly as possible, thereby ensuring the consistency of the growth size of the barium titanate particles thereafter. In actual industrial production, generally high-efficiency mixers and high-speed liquid addition equipment are used, or an on-line type continuous mixer is used so that the aqueous nano titanium dioxide dispersion and the aqueous barium hydroxide solution are rapidly and uniformly mixed. In the process of rapid mixing, in general, a plurality of representative monitoring points can be selected to test the temperature change during the mixing process, and it is desirable that the temperature of each monitoring point is lowered by 2℃ or more and the reduction is basically the same do.
나아가, 이후의 티탄산바륨 입자 생장 사이즈의 일치성을 위하여, 혼합계의 온도와 수산화 바륨 수용액 사이의 온도 차이도 지나치게 크지 않은 것이 바람직한 바, 일반적으로 2~20℃로 제어하고, 일반적으로 2~10℃로 제어한다. 이로써, 온도 점핑 하강에 의해 바륨 소스가 석출되는 것도 효과적으로 방지할 수 있다.Furthermore, for the subsequent consistency of the growth size of the barium titanate particles, it is preferable that the temperature difference between the temperature of the mixed system and the aqueous barium hydroxide solution is not too large. Controlled in °C. Thereby, it is also possible to effectively prevent the barium source from being deposited due to the temperature jump and drop.
상술한 혼합계의 배합은 대기 환경에서 이루어질 수 있다. 물론, 추가적으로 부반응이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 혼합계의 배합도 불활성 분위기에서 이루어질 수 있으며, 예를 들어 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스의 보호 하에 이루어질 수 있다.The above-described mixing system may be formulated in an atmospheric environment. Of course, in order to prevent additional side reactions from occurring, the mixing system may also be mixed in an inert atmosphere, for example, under the protection of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.
구체적으로, 상술한 혼합계의 배합은, 나노 이산화티탄 수분산액을 수산화 바륨 수용액에 첨가하여 완성할 수 있고, 수산화 바륨 수용액을 나노 이산화티탄 수분산액에 첨가하여 완성할 수도 있고, 나노 이산화티탄 수분산액과 수산화 바륨 수용액을 병열 유입 혼합하는 방식으로 완성할 수도 있다.Specifically, the blending of the above-mentioned mixing system can be completed by adding the aqueous nano titanium dioxide dispersion to the aqueous barium hydroxide solution, and can be completed by adding the aqueous barium hydroxide aqueous solution to the aqueous nano titanium dioxide dispersion, or the aqueous nano titanium dioxide dispersion It can also be completed by mixing an aqueous solution of barium hydroxide with parallel heat.
본 발명의 바람직한 실시방안에서는, 온도가 보다 낮은 나노 이산화티탄 수분산액을 온도가 보다 높은 수산화 바륨 수용액에 첨가하고 쾌속으로 혼합하여, 획득된 혼합계의 온도가 수산화 바륨 수용액의 온도에 비해 적어도 2℃, 예를 들어 2~20℃, 나아가 2~10℃ 낮도록 한다. 이러한 방식을 사용하여 혼합계를 배합하면, 고온 수산화 바륨 수용액에 대한 원료 투입, 운송과 무관하며, 공정과 기기에 대한 요구가 보다 낮고, 더욱 쉽게 구현할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, an aqueous dispersion of nano titanium dioxide having a lower temperature is added to an aqueous solution of barium hydroxide having a higher temperature and mixed rapidly, so that the temperature of the obtained mixing system is at least 2° C. compared to the temperature of the aqueous barium hydroxide solution , for example, 2 to 20 °C, further 2 to 10 °C lower. If the mixing system is mixed using this method, it is independent of the input and transportation of raw materials for the high-temperature aqueous barium hydroxide solution, the requirements for the process and equipment are lower, and it can be implemented more easily.
원료인 나노 이산화티탄은 보다 작은 입경을 가지는 것이 바람직하며, 입경이 보다 작은 나노 티탄산바륨 미세 결정 및 티탄산바륨 파우더를 획득하게에 유리하다는 것을 이해할 수 있다. 일반적인 경우, 사용되는 나노 이산화티탄 수분산액에서, 나노 이산화티탄은 체적을 기준으로 산출한 중간 입경이 D50≤30㎚이다. 이렇게 제조된 나노 티탄산바륨 미세 결정의 평균 입경은 일반적으로 10~30㎚이며, 입경 분포가 보다 균일하다. 또한 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정의 메인 상이 큐빅 상이며, 큐빅 상 함량은 심지어 100%에 달할 수 있다. 한편, 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정은 또한 순도가 높고, 분산성이 우수한 특성을 구비한다.It can be understood that the raw material nano titanium dioxide preferably has a smaller particle size, and is advantageous to obtain nano barium titanate microcrystals and barium titanate powder having smaller particle sizes. In general, in the aqueous dispersion of nanotitanium dioxide used, the median particle diameter of nanotitanium dioxide calculated based on volume is D50≤30nm. The average particle diameter of the nano-barium titanate microcrystals thus prepared is generally 10 to 30 nm, and the particle size distribution is more uniform. In addition, the main phase of the nano barium titanate microcrystals is a cubic phase, and the cubic phase content may even reach 100%. On the other hand, the nano-barium titanate microcrystals also have high purity and excellent dispersibility.
본 발명에서 사용되는 나노 이산화티탄 수분산액은 나노 이산화티탄 파우더를 물에 분산시켜 형성된다. 본 발명은 나노 이산화티탄 파우더 또는 나노 이산화티탄 수분산액의 출처에 대해 특별히 한정하지 않으며, 시장에서 구입하거나 자체로 제조할 수 있다. 예를 들어 특허출원 201610879270.3 또는 201610879701.6에 기재된 공정에 따라 나노 이산화티탄 파우더를 제조한 후, 이를 비율에 따라 탈이온수에 분산시켜, 나노 이산화티탄 수분산액을 획득할 수 있다.The aqueous dispersion of nano titanium dioxide used in the present invention is formed by dispersing nano titanium dioxide powder in water. The present invention is not particularly limited with respect to the source of the nano titanium dioxide powder or nano titanium dioxide aqueous dispersion, and may be purchased from the market or prepared by itself. For example, after preparing nano titanium dioxide powder according to the process described in the patent application 201610879270.3 or 201610879701.6, it is dispersed in deionized water according to the ratio to obtain an aqueous nano titanium dioxide dispersion.
나노 이산화티탄 수분산액의 농도를 합리적으로 제어함으로써, 나노 티탄산바륨 미세 결정이 합성 과정에서 뭉치는 등의 문제를 방지하는데에도 유리하므로, 일반적으로 나노 이산화티탄 수분산액의 질량 농도를 20~50%로 제어한다. 이로써, 나노 티탄산바륨 미세 결정이 보다 우수한 분산성 특성을 갖도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 입경이 작고, 입경이 보다 균일하며, 순도가 높은 이점을 구비하며; 나아가 나노 티탄산바륨 미세 결정이 매우 우수한 수율을 갖도록 확보할 수도 있으며, 특히 산업화 연속적인 생산에 적합하다.By rationally controlling the concentration of the aqueous nano titanium dioxide dispersion, it is advantageous to prevent problems such as agglomeration of nano barium titanate microcrystals during the synthesis process. In general, the mass concentration of the aqueous nano titanium dioxide dispersion is set to 20-50%. control Thereby, not only can the nano barium titanate microcrystals have better dispersibility characteristics, but also have the advantages of small particle size, more uniform particle size, and high purity; Furthermore, it is possible to ensure that the nano-barium titanate microcrystals have a very good yield, and is particularly suitable for industrial continuous production.
본 발명은 나노 이산화티탄 수분산액의 온도에 대해 특별히 한정하지 않으며, 상온(25℃)에서 배합하여 획득할 수 있고, 이에 대해 적당히 가열하여 나노 이산화티탄의 질량 농도를 높일 수도 있지만, 온도가 수산화 바륨 수용액의 온도보다 낮아야 한다. 본 발명의 구체적인 실시 과정에서, 나노 이산화티탄 수분산액의 온도는 50℃를 초과하지 않으며, 일반적으로 20~50℃이다.The present invention is not particularly limited with respect to the temperature of the nano titanium dioxide aqueous dispersion, and it can be obtained by mixing at room temperature (25° C.), and may be heated appropriately to increase the mass concentration of nano titanium dioxide, but the temperature is barium hydroxide It should be lower than the temperature of the aqueous solution. In the specific implementation process of the present invention, the temperature of the aqueous dispersion of nano titanium dioxide does not exceed 50 ° C, and is generally 20 to 50 ° C.
특별히 설명하면, 나노 이산화티탄 수분산액에서 나노 이산화티탄은 매우 높은 농도(≥20%)를 가지므로, 나노 티탄산바륨 파우더의 높은 수율을 달성하기 위하여, 수산화 바륨 수용액에도 고농도의 바륨 이온이 함유되어 바륨 이온과 티탄 원자 사이의 몰 비율 및 바륨 소스와 티탄 소스 사이의 쾌속적인 혼합을 확보하여야 하며, 일반적으로 수산화 바륨 수용액에서, 바륨 소스 농도는 포화 용해도에 가까운 것이 바람직하며, 예를 들어 바륨 소스 질량 농도가 20% 이상이며, 심지어 50% 내지 70% 이상에 도달할 수 있으므로, 수산화 바륨 수용액에 바륨 소스가 거의 석출되지 않도록 확보하기 위하여, 일반적으로 수산화 바륨 수용액의 온도가 70℃보다 낮지 않도록 하고, 일반적으로는 70~110℃, 추가적으로는 90~110℃로 제어하며, 이로써 바륨 소스와 티탄 소스 사이의 비율을 확보할 수 있다.Specifically, since nano-titanium dioxide has a very high concentration (≥20%) in the nano-titanium dioxide aqueous dispersion, in order to achieve a high yield of nano-barium titanate powder, the barium hydroxide aqueous solution contains a high concentration of barium ions The molar ratio between ions and titanium atoms and rapid mixing between the barium source and the titanium source should be ensured, and in general, in an aqueous barium hydroxide solution, the barium source concentration is preferably close to the saturation solubility, for example, the barium source mass concentration is 20% or more, and can even reach 50% to 70% or more, so in order to ensure that the barium source hardly precipitates in the aqueous barium hydroxide solution, generally the temperature of the aqueous barium hydroxide solution is not lower than 70 ° C. The temperature is controlled at 70~110℃ and additionally at 90~110℃, thereby ensuring the ratio between the barium source and the titanium source.
수산화 바륨 수용액의 배합은, 불활성 분위기, 예를 들어 질소 가스와 같은 불활성 가스 보호 하에서 이루어져야 한다.The blending of the aqueous barium hydroxide solution must be carried out under an inert atmosphere, for example, under the protection of an inert gas such as nitrogen gas.
이상적인 상태에서, Ba와 Ti의 몰 비율이 1일 때, 이들이 충분히 반응하여 티탄산바륨을 생성하고 원료의 잔류를 방지할 수 있다. 티탄 소스 또는 바륨 소스의 과량은 반응이 티탄산바륨을 합성하는 양의 방향으로 진행하는데 더욱 유리하며, 예를 들어 과량의 Ba는 반응 생성물 중 이산화티탄 불순물의 함량을 줄이는데 유리하지만, 대량의 바륨이 남게 되어, 바륨 소스 원료의 낭비를 초래할 뿐만 아니라, 반응 생성물을 수집할 때, 만약 공기와 접촉하면, 탄산바륨 불순물이 더 도입될 수 있다. 수열 반응 효율 및 경제적 요소를 통합적으로 고려하여, 일반적으로 Ba와 Ti 사이의 몰 비율을 1~4: 1, 추가적으로는 1.5~2: 1로 제어하여, 이산화티탄이 충분히 반응하고, 최종적으로 획득되는 나노 티탄산바륨 미세 결정이 보다 높은 순도를 갖도록 확보한다.In an ideal state, when the molar ratio of Ba and Ti is 1, they sufficiently react to form barium titanate and prevent the residue of the raw material. An excess of the titanium source or barium source is more favorable for the reaction to proceed in a positive direction for synthesizing barium titanate, for example, an excess of Ba is advantageous for reducing the content of titanium dioxide impurities in the reaction product, but leaving a large amount of barium As a result, not only results in wastage of the barium source material, but also when collecting the reaction product, if it comes into contact with air, more barium carbonate impurities may be introduced. In consideration of hydrothermal reaction efficiency and economic factors, in general, the molar ratio between Ba and Ti is controlled to be 1~4:1, additionally 1.5~2:1, so that titanium dioxide reacts sufficiently and finally obtained Ensure that the nano barium titanate microcrystals have higher purity.
혼합계 배합 완료 후, 혼합계가 상압 수열 합성 반응을 진행하도록 할 수 있다. 일반적인 경우, 혼합계에 대해 우선 교반하여 그 온도가 90~110℃에 도달하도록 하고 바륨 소스와 티탄 소스의 효과적인 혼합을 유지시킨 후, 해당 온도에서 일정한 시간만큼 보온한다. 구체적으로, 상압 수열 합성 반응의 시간은 30 분 이상인 것이 바람직하다.After completing the mixing of the mixed system, the mixed system may be allowed to proceed with an atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction. In general, the mixing system is first stirred so that the temperature reaches 90~110°C, and the effective mixing of the barium source and the titanium source is maintained, and then the mixture is kept warm at that temperature for a certain period of time. Specifically, the time of the atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction is preferably 30 minutes or more.
발명자는 연구한 결과, 보온 시간이 24시간을 초과하고, 상압 수열 합성의 반응 시간을 계속 연장하여도, 나노 티탄산바륨 미세 결정의 사이즈에 대한 영향이 크지 않으므로, 실제 생산 효율 및 제품 품질을 고려하여, 일반적으로 상압 수열 합성 반응의 시간이 24시간, 추가적으로는 3~24 시간을 초과하지 않도록 제어한다.As a result of the inventor's research, the effect on the size of nano barium titanate microcrystals is not large even if the warming time exceeds 24 hours and the reaction time of atmospheric pressure hydrothermal synthesis is continuously extended. In general, the normal pressure hydrothermal synthesis reaction time is controlled so that it does not exceed 24 hours and additionally 3 to 24 hours.
상압 수열 합성 반응 완료 후, 온도를 낮추고 반응 생성물을 수집한 후, 세척 및 건조 등의 처리를 수행하여, 고품질의 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득할 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시 과정에서, 우선 흡입 여과 등의 수단을 사용하여, 반응 생성물에 대해 고체와 액체 분리를 수행한 후, 탈이온수를 사용하거나, 또는 탈이온수와 에탄올을 사용하여 반응 생성물에 대해 세척하고, 최종적으로 60~90℃에서 건조하여, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득한다.After the atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction is completed, the temperature is lowered and the reaction product is collected, and then treatment such as washing and drying is performed to obtain high-quality nano barium titanate microcrystals. In the specific practice of the present invention, first, solid and liquid separation is performed on the reaction product by means of suction filtration or the like, and then washed with deionized water or deionized water and ethanol by using deionized water and ethanol. and finally dried at 60 to 90° C. to obtain nano barium titanate microcrystals.
본 발명에서 제공하는 나노 티탄산바륨 미세 결정은, 상술한 제조 방법을 사용하여 제조된다. 본 발명에서 제공하는 나노 티탄산바륨 미세 결정은, 매우 작은 입경을 가지며, 그 평균 입경은 100㎚ 이하이고, 심지어 평균 입경은 5~30㎚에 달할 수 있으며, 일반적으로 10~30㎚이고; 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정의 입경은 기본적으로 정규 분포를 이루며, 입경 분포가 보다 좁고; 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정의 격자 상수 비율(c/a)은 모두 1.0000 부근이며, XRD 도면에서, 2θ 각의 44°~46°사이에서의 회절 피크는 현저한 갈리짐이 없는 하나의 단일 피크로서 나타나며, 이는 나노 티탄산바륨 미세 결정이 표준적인 큐빅 상이며, 발육이 보다 완전하고, 결정형이 보다 우수함을 의미하고; 바륨 티탄 비율(Ba/Ti 비율)이 모두 1 부근으로서, 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정이 매우 높은 순도를 가지는 것을 의미한다.The nano barium titanate microcrystals provided in the present invention are manufactured using the above-described manufacturing method. The nano barium titanate microcrystals provided in the present invention have a very small particle size, and the average particle diameter is 100 nm or less, and even the average particle diameter can reach 5 to 30 nm, and is generally 10 to 30 nm; The particle size of the nano barium titanate microcrystals is basically a normal distribution, and the particle size distribution is narrower; The lattice constant ratio (c / a) of the nano barium titanate microcrystals are all around 1.0000, and in the XRD diagram, the diffraction peak between 44 ° and 46 ° of the 2θ angle appears as a single peak without significant splitting, , which means that the nano barium titanate microcrystals are standard cubic phase, the development is more complete, and the crystalline form is better; All of the barium-titanium ratios (Ba/Ti ratios) are around 1, meaning that the nano-barium titanate microcrystals have very high purity.
본 발명은 티탄산바륨 파우더의 제조 방법을 더 제공하며, The present invention further provides a method for producing barium titanate powder,
우선 상술한 제조 방법에 따라 나노 티탄산바륨 미세 결정을 제조하는 단계;First, according to the above-described manufacturing method, manufacturing nano-barium titanate microcrystals;
200~1300℃에서, 나노 티탄산바륨 미세 결정에 대해 소성하되, 소성 시간이 1~10시간일 때, 티탄산바륨 파우더를 획득하는 단계를 포함한다.At 200 to 1300 ℃, but calcined to nano barium titanate microcrystals, when the calcination time is 1 to 10 hours, comprising the step of obtaining barium titanate powder.
본 발명에서, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하여, 이에 대해 고온 소성을 수행하여, 입경이 작고 균일하며, 순도가 높고, 분산성이 우수하며 결정형의 발육이 매우 우수한 티탄산바륨 파우더를 획득할 수 있다.In the present invention, using nano barium titanate microcrystals as a raw material and performing high-temperature calcination thereon, barium titanate powder having a small particle size and uniformity, high purity, excellent dispersibility, and excellent crystalline growth can be obtained. have.
구체적으로, 티탄산바륨 파우더의 입자 사이즈는 소성 온도와 밀접하게 관련된다. 발명자의 연구에 의하면, 500℃ 미만에서 저온 소성에 의한 결정 입자의 생장은 현저하지 않고; 500~1300℃의 고온 소성에 의해서는 티탄산바륨 결정 입자가 점차적으로 증가하며, 소성 온도가 상승함에 따라, 결정 입자의 증가가 더욱 현저해지므로, 제품 입경에 대한 실제 수요에 따라 적합한 소성 온도를 선택할 수 있다.Specifically, the particle size of the barium titanate powder is closely related to the firing temperature. According to the inventor's study, the growth of crystal grains by low-temperature calcination at less than 500 DEG C is not remarkable; Barium titanate crystal grains gradually increase by high-temperature calcination at 500 to 1300°C, and as the calcination temperature rises, the increase in crystal grains becomes more remarkable. can
또한, 소성 온도가 1100℃ 이하이고, 소성 온도가 상승함에 따라, 티탄산바륨 파우더의 결정화 정도가 점점 좋아지지만, 소성 온도가 지나치게 높으면, 예를 들어 1100℃보다 높으면, 고온 소성은 결정형의 발육에 부정적인 영향을 미치므로, 일반적으로 소성 온도를 200~1100℃, 추가적으로는 300~1300℃로 제어한다.In addition, the calcination temperature is 1100 ° C. or less, and as the calcination temperature rises, the degree of crystallization of the barium titanate powder gradually improves, but if the calcination temperature is too high, for example, higher than 1100 ° C. In general, the firing temperature is controlled to 200~1100℃, additionally 300~1300℃.
본 발명은 티탄산바륨 파우더를 더 제공하며, 상술한 제조 방법을 사용하여 제조된다. 구체적으로 상술한 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하여, 고온 소성을 거쳐 획득된다.The present invention further provides barium titanate powder, which is manufactured using the above-described manufacturing method. Specifically, the nano-barium titanate microcrystals described above are used as a raw material, and are obtained through high-temperature sintering.
상기 티탄산바륨 파우더는 보다 작은 입경을 가지며, 입경 분포가 균일하고, 분산성이 우수하며, 한편 상기 티탄산바륨 파우더는 또한 결정 입자의 발육이 우수하고, 순도가 높은 특성을 구비하므로, 전기 세라믹 산업에서 고품질 티탄산바륨 제품에 대한 수요를 만족시킬 수 있다.The barium titanate powder has a smaller particle size, uniform particle size distribution, and excellent dispersibility, while the barium titanate powder also has excellent crystal grain growth and high purity characteristics, so that in the electrical ceramic industry It can satisfy the demand for high-quality barium titanate products.
본 발명에서 제공하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법은, 고농도 나노 이산화티탄 수분산액을 티탄 소스로 하고, 상압 수열 합성 공정을 기반으로, 입경이 작고 균일하며, 순도가 높고, 분산성이 우수한 나노 티탄산바륨 미세 결정을 제조한다. 특히, 반응 원료에 대한 합리적인 선택 및 상압 수열 합성 반응 조건에 대한 제어를 통해, 평균 입경이 50㎚ 미만, 심지어 10~20㎚인 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득할 수 있으며, 큐빅 상이거나 대부분 큐빅 상이다. 상기 제조 방법을 사용하여 획득한 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하여, 추가적으로 소성 또는 기타 처리를 수행하면, 원하는 입경의 티탄산바륨 파우더를 획득할 수 있으며, 상기 티탄산바륨 파우더는 매우 높은 순도와 결정성, 및 우수한 분산성을 구비하고, 전기 세라믹 산업에서 티탄산바륨에 대한 수요를 만족시킬 수 있다.The method for producing nano barium titanate microcrystals provided in the present invention is based on an atmospheric pressure hydrothermal synthesis process using a high-concentration aqueous nano-titanium dioxide dispersion as a titanium source. Barium titanate microcrystals are prepared. In particular, through rational selection of reaction raw materials and control of atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction conditions, nano-barium titanate microcrystals having an average particle diameter of less than 50 nm, or even 10 to 20 nm, can be obtained, and the cubic phase or mostly cubic phase to be. By using the nano-barium titanate microcrystals obtained using the above manufacturing method as a raw material and performing additional calcination or other processing, barium titanate powder having a desired particle size can be obtained, and the barium titanate powder has very high purity and crystallinity. , and excellent dispersibility, and can satisfy the demand for barium titanate in the electric ceramic industry.
동시에, 나노 티탄산바륨 미세 결정의 합성은 상압에서 이루어지며 고온이 필요없으므로, 생산의 안전을 확보하고, 생산 에너지 소모와 설비 원가를 줄일 뿐만 아니라, 나노 티탄산바륨 미세 결정 내지 티탄산바륨 파우더의 연속적인 생산을 달성하고 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 사용되는 나노 이산화티탄 수분산액의 질량 농도는 20% 이상이므로, 생산 효율을 더욱 향상시킨다.At the same time, since the synthesis of nano barium titanate microcrystals is carried out under normal pressure and does not require high temperature, it not only ensures production safety, reduces production energy consumption and equipment cost, but also continuously produces nano barium titanate microcrystals or barium titanate powder and improve production efficiency. In addition, since the mass concentration of the aqueous nano titanium dioxide dispersion used is 20% or more, the production efficiency is further improved.
본 발명에서 제공하는 나노 티탄산바륨 미세 결정은, 입경이 작고 분포 구간이 좁으며, 순도가 높고, 분산성이 우수한 특성을 구비하여, 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하여, 원하는 입경을 가진 티탄산바륨 파우더를 제조할 수 있으며, 상기 티탄산바륨 파우더는 매우 높은 순도와 결정성, 및 우수한 분산성을 구비하여, 전기 세라믹 산업에서 티탄산바륨에 대한 수요를 만족시킬 수 있다.The nano barium titanate microcrystals provided in the present invention have a small particle size, a narrow distribution section, high purity, and excellent dispersibility. Barium powder can be produced, and the barium titanate powder has very high purity, crystallinity, and excellent dispersibility, so that the demand for barium titanate in the electrical ceramic industry can be satisfied.
본 발명은, 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing nano barium titanate microcrystals.
본 발명은, 전술한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정을 제공한다.The present invention provides nano barium titanate microcrystals, characterized in that produced by the above-described method for producing nano barium titanate microcrystals.
본 발명은, 전술한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법을 사용하여 나노 티탄산바륨 미세 결정을 제조하는 단계를 포함하는 티탄산바륨 파우더의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing barium titanate powder comprising the step of preparing nano barium titanate microcrystals using the above-described method for producing nano barium titanate microcrystals.
본 발명에서 제공하는 티탄산바륨 파우더의 제조 방법은, 상술한 나노 티탄산바륨 미세 결정을 원료로 하고, 간단한 고온 소성을 통해, 고순도 및 분산성이 우수한 티탄산바륨 파우더를 획득할 수 있고, 또한 티탄산바륨 파우더가 고온 소성 과정에서 결정 입자의 우수한 발육, 및 입경의 효과적인 제어를 달성하도록 하므로, 전기 세라믹 산업에서 티탄산바륨에 대한 수요를 만족시킬 수 있다.The method for producing barium titanate powder provided in the present invention can obtain barium titanate powder with high purity and excellent dispersibility by using the above-described nano barium titanate microcrystals as a raw material, and through simple high-temperature firing, and also barium titanate powder As it achieves excellent growth of crystal grains and effective control of grain size in the high-temperature calcination process, it is possible to satisfy the demand for barium titanate in the electric ceramic industry.
또한, 상기 티탄산바륨 파우더의 제조 방법은 공정이 간단하고 신뢰적인 특성을 가지며, 산업화 로트 생산에 적합하다.In addition, the manufacturing method of the barium titanate powder has a simple process and reliable characteristics, and is suitable for industrial lot production.
본 발명에서 제공하는 티탄산바륨 파우더는, 높은 순도, 높은 분산성, 결정 입자의 발육이 우수한 특성을 구비하고, 또한 입경 크기가 제어 가능하므로, 전기 세라믹 산업에서 고품질의 티탄산바륨에 대한 수요를 만족시킬 수 있다.The barium titanate powder provided by the present invention has high purity, high dispersibility, excellent crystal grain growth, and controllable particle size, so it can satisfy the demand for high quality barium titanate in the electric ceramic industry. can
도 1은 본 발명의 실시예 1-5에서 사용되는 나노 이산화티탄이 1%의 질량 농도로 탈이온수에 분산된 후 측정한 입경 분포 곡선이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1-5에서 사용되는 나노 이산화티탄이 10%의 질량 농도로 탈이온수에 분산된 후 측정한 입경 분포 곡선이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1-5에서 사용되는 나노 이산화티탄이 50%의 질량 농도로 탈이온수에 분산된 후 측정한 입경 분포 곡선이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.
도 7은 본 발명의 실시예 5에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.
도 8은 본 발명의 실시예 6에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.
도 9는 본 발명의 실시예 7에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 TEM 이미지이다.
도 11은 본 발명의 실시예 8에서 제조한 티탄산바륨 파우더의 TEM 이미지이다.
도 12는 본 발명의 실시예 9에서 제조한 티탄산바륨 파우더의 TEM 이미지이다.
도 13은 본 발명의 실시예 10에서 제조한 티탄산바륨 파우더의 SEM 이미지이다.
도 14는 본 발명의 실시예 11에서 제조한 티탄산바륨 파우더의 SEM 이미지이다.
도 15는 본 발명의 실시예 12에서 제조한 티탄산바륨 파우더의 SEM 이미지이다.
도 16은 본 발명의 실시예 2에서 제조한 나노 티탄산바륨 미세 결정, 실시예 8-13에서 제조한 티탄산바륨 파우더의 XRD 패턴이다.
도 17은 도 16의 부분 확대도이다.
도 18은 본 발명의 비교예 1에서 제조한 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.
도 19는 본 발명의 비교예 2에서 제조한 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이다.1 is a particle size distribution curve measured after nano titanium dioxide used in Examples 1-5 of the present invention is dispersed in deionized water at a mass concentration of 1%.
2 is a particle size distribution curve measured after nano titanium dioxide used in Examples 1-5 of the present invention is dispersed in deionized water at a mass concentration of 10%.
3 is a particle size distribution curve measured after nano titanium dioxide used in Examples 1-5 of the present invention is dispersed in deionized water at a mass concentration of 50%.
4 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 1 of the present invention.
5 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 3 of the present invention.
6 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 4 of the present invention.
7 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 5 of the present invention.
8 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 6 of the present invention.
9 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 7 of the present invention.
10 is a TEM image of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 2 of the present invention.
11 is a TEM image of the barium titanate powder prepared in Example 8 of the present invention.
12 is a TEM image of the barium titanate powder prepared in Example 9 of the present invention.
13 is a SEM image of the barium titanate powder prepared in Example 10 of the present invention.
14 is a SEM image of the barium titanate powder prepared in Example 11 of the present invention.
15 is a SEM image of the barium titanate powder prepared in Example 12 of the present invention.
16 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 2 of the present invention and barium titanate powder prepared in Examples 8-13.
FIG. 17 is a partially enlarged view of FIG. 16 .
18 is an XRD pattern of barium titanate microcrystals prepared in Comparative Example 1 of the present invention.
19 is an XRD pattern of barium titanate microcrystals prepared in Comparative Example 2 of the present invention.
본 발명의 실시예의 목적, 기술방안 및 이점이 더욱 명확하도록, 아래에서는 본 발명의 실시예에 따른 첨부 도면을 결합하여, 본 발명의 실시예에 따른 기술방안에 대해 명확하고, 완전하게 설명하며, 설명되는 실시예는 본 발명의 부분 실시예일 뿐, 모든 실시예가 아님은 자명하다. 본 발명에 따른 실시예를 기반으로, 당업자가 창조적 노력을 거치지 않고도 획득한 모든 다른 실시예는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.In order to make the object, technical solution and advantage of the embodiment of the present invention more clear, the following clearly and completely describes the technical solution according to the embodiment of the present invention in conjunction with the accompanying drawings according to the embodiment of the present invention, It is obvious that the described embodiments are only partial embodiments of the present invention and not all embodiments. Based on the embodiment according to the present invention, all other embodiments obtained by those skilled in the art without creative efforts fall within the protection scope of the present invention.
본 발명에서, 아래와 같은 검출 기술 또는 수단을 이용하여 나노 티탄산바륨 미세 결정과 티탄산바륨 파우더의 특성을 나타낸다.In the present invention, the characteristics of nano barium titanate microcrystals and barium titanate powder are shown using the following detection techniques or means.
(1) 주사 전자 현미경과 투사 전자 현미경을 이용하여 샘플의 표면 모양을 관찰하고, 약 200개의 입자 입경에 대해 통계하여, 티탄산바륨 1차 입자의 평균 입경을 획득한다.(1) The surface shape of the sample is observed using a scanning electron microscope and a projection electron microscope, and the average particle diameter of the barium titanate primary particles is obtained by statistics about the particle diameter of about 200 particles.
(2) X선 회절계(D8 Advance)를 사용하여 스텝 길이 0.02°, 적분 시간이 2s인 파라미터로 20-80 범위 내에서 X선 회절 패턴을 수집하고, Topas 소프트웨어로 리트펠트(Rietveld) 방법을 사용하여 구조 수리를 수행하여 격자 상수 비율(c/a)을 계산한다.(2) Using an X-ray diffractometer (D8 Advance), collect X-ray diffraction patterns within the range of 20-80 with parameters of 0.02° step length and 2s integration time, and Rietveld method with Topas software. Calculate the lattice constant ratio (c/a) by performing structural repair using
(3) BET 방법을 이용하여 재료의 비표면적을 분석한다.(3) Analyze the specific surface area of the material using the BET method.
(4) ICP-MS 분석을 이용하여 티탄산바륨 파우더의 바륨 티탄 비율을 측정한다.(4) Measure the barium-titanium ratio of the barium titanate powder by using ICP-MS analysis.
실시예 1Example 1
실온에서, 나노 이산화티탄 파우더를 탈이온수에 균일하게 분포시키고, 균일하게 혼합될 때까지 천천히 교반하여, 질량 농도가 48%인 나노 이산화티탄 수분산액 100g을 제조하여, 준비한다.At room temperature, the nano titanium dioxide powder is uniformly distributed in deionized water and slowly stirred until uniformly mixed to prepare 100 g of an aqueous dispersion of nano titanium dioxide having a mass concentration of 48%.
상압 질소 가스 분위기 보호 하에, 355g의 Ba(OH)2·8H2O와 150mL 탈이온수를 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하고, 100℃에서 수산화 바륨이 완전히 용해될 때까지 가열 교반하였다.Under atmospheric nitrogen gas atmosphere protection, 355 g of Ba(OH) 2 .8H 2 O and 150 mL deionized water were added to a three-necked round bottom flask, and heated and stirred at 100° C. until barium hydroxide was completely dissolved.
나노 이산화티탄 수분산액을 상기 3구 둥근 바닥 플라스크에 쾌속으로 첨가하고, 첨가하는 과정에서 기존의 3구 둥근 바닥 플라스크에 대한 가열 파워를 유지하며, 획득한 혼합계에 대해 측정한 온도가 97±2℃이고, 계속하여 교반하면서 100℃까지 승온하고 5h동안 환류 반응을 진행한다. 반응 완료 후, 반응 생성물을 꺼내어, 여과, 세척, 건조하여 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득하였다.The nano titanium dioxide aqueous dispersion was rapidly added to the three-necked round-bottom flask, and the heating power for the existing three-necked round-bottom flask was maintained during the addition process, and the temperature measured for the obtained mixing system was 97±2 ℃, the temperature is raised to 100 ℃ with continuous stirring, and the reflux reaction proceeds for 5 h. After completion of the reaction, the reaction product was taken out, filtered, washed, and dried to obtain nano barium titanate microcrystals.
본 실시예에서 사용하는 나노 이산화티탄 파우더는, 그 부피 기준 D50≤10㎚이고, 상기 나노 이산화티탄 파우더가 1%, 10% 및 50%의 농도로 탈이온수에 분산되어 측정한 입경 분포 곡선은 각각 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같다.The nano titanium dioxide powder used in this example has a volume basis D50≤10 nm, and the particle size distribution curves measured by dispersing the nano titanium dioxide powder in deionized water at concentrations of 1%, 10% and 50% are respectively As shown in FIGS. 1, 2 and 3 .
실시예 2-3Example 2-3
실시예 2-3에서 기타 조작 단계는 실시예 1과 일치한 바, 환류 반응 시간을 각각 10h 및 20h으로 변경하여, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득한 면에서만 차별된다.In Example 2-3, other manipulation steps were consistent with Example 1, and the reflux reaction time was changed to 10 h and 20 h, respectively, and only in that nano-barium titanate microcrystals were obtained.
실시예 4Example 4
탈이온수 체적을 변경하지 않고, 이산화티탄과 수산화 바륨의 질량을 각각 원래의 절반으로 감소시키고, 수산화 나트륨 51g을 추가하고, 기타 조작 단계는 실시예 2과 동일하게 하여, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득하였다.Without changing the deionized water volume, reducing the mass of titanium dioxide and barium hydroxide by half, respectively, adding 51 g of sodium hydroxide, and carrying out other operation steps the same as in Example 2, to obtain nano barium titanate microcrystals did
실시예 5Example 5
나노 이산화티탄 수분산액의 질량 농도를 48%로 유지하고, 나노 이산화티탄 수분산액의 질량을 원래의 절반, 즉 50g으로 감소시켜, 이산화티탄과 수산화 바륨의 몰 비율을 변경시키며, 기타 조작 단계는 실시예 2와 동일하게 유지하여, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득하였다.Maintaining the mass concentration of the aqueous nano titanium dioxide dispersion at 48%, reducing the mass of the aqueous nano titanium dioxide dispersion to half the original, that is, 50 g, changing the molar ratio of titanium dioxide and barium hydroxide, and other operation steps are carried out In the same manner as in Example 2, nano barium titanate microcrystals were obtained.
실시예 6-7Example 6-7
실시예 6-7의 제조 공정은 실시예 2와 기본적으로 동일하며, 단지 실시예 6에서 나노 이산화티탄의 체적을 기준으로 산출한 중간 입경 D50이 약 17㎚이고; 실시예 7에서 나노 이산화티탄의 체적을 기준으로 산출한 중간 입경 D50이 약 29㎚인 면에서 차별된다.The manufacturing process of Example 6-7 is basically the same as that of Example 2, except that the median particle diameter D50 calculated based on the volume of nano titanium dioxide in Example 6 was about 17 nm; It is differentiated in that the median particle diameter D50 calculated based on the volume of nano titanium dioxide in Example 7 is about 29 nm.
상술한 실시예 1-7에서의 반응 조건은 구체적으로 표 1을 참조할 수 있으며, 합성된 나노 티탄산바륨 미세 결정의 생성물은 표 2를 참조할 수 있다.The reaction conditions in Examples 1-7 described above may be specifically referred to Table 1, and the product of the synthesized nano barium titanate microcrystals may be referred to Table 2.
(mol)amount of substance
(mol)
(mL)solvent volume
(mL)
(℃)Temperature
(℃)
(mol)amount of substance
(mol)
(%)mass concentration
(%)
(㎚)D50
(nm)
(℃)Temperature
(℃)
(h)hour
(h)
(m2/g)BET specific surface area
(m 2 /g)
(c/a)Lattice Constant Ratio
(c/a)
(305cm-1/183cm-1)Raman Peak Ratio
(305cm -1 /183cm -1 )
도 4는 실시예 1에서 획득한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 X선 회절(XRD) 패턴이고, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9는 각각 실시예 3-7에서 획득한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 XRD 패턴이고, 실시예 2에서의 XRD 패턴은 도 4와 유사하다. 상술한 XRD 패턴을 참조하면, 실시예 1-7에서 획득한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 2θ각은 44°~46° 사이에서의 회절 피크가 1개의 싱글 피크로 나타나는 바, 현저한 갈라짐이 발생하지 않으며, 격자의 발육이 보다 우수하다는 것을 의미한다.4 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of nano-barium titanate microcrystals obtained in Example 1, and FIGS. 5, 6, 7, 8 and 9 are nano-titanic acids obtained in Examples 3-7, respectively. It is an XRD pattern of barium microcrystals, and the XRD pattern in Example 2 is similar to that of FIG. 4 . Referring to the XRD pattern described above, in the 2θ angle of the nano barium titanate microcrystals obtained in Examples 1-7, a diffraction peak between 44° and 46° appears as one single peak, and significant cracking does not occur. , which means that the grid development is better.
표 2에 따른 격자 상수 비율(c/a)을 참조하면, 실시예 1-7에서 제조된 나노 티탄산바륨 미세 결정의 격자 상수 비율(c/a)이 모두 1.0000 좌우로서, 전형적인 큐빅 상임을 확인할 수 있다.Referring to the lattice constant ratio (c / a) according to Table 2, the lattice constant ratio (c / a) of the nano barium titanate microcrystals prepared in Examples 1-7 is 1.0000 left and right, confirming that it is a typical cubic phase. have.
표 2의 Ba/Ti 비율 데이터를 참조하면, 실시예 1-7에서 획득한 나노 티탄산바륨 미세 결정은, Ba/Ti 비율이 모두 1 부근에 있는 바, 대부분 0.990~1.001 사이에 집중되어 있으며, 이로부터 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정이 매우 높은 순도를 가짐을 알 수 있다.Referring to the Ba/Ti ratio data in Table 2, in the nano-barium titanate microcrystals obtained in Examples 1-7, the Ba/Ti ratio is all near 1, and most of them are concentrated between 0.990 and 1.001. It can be seen that the nano barium titanate microcrystals have a very high purity.
도 10은 실시예 2에서 획득한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 투사 전자 현미경(TEM) 이미지로서, 실시예 1에 따른 나노 티탄산바륨 미세 결정의 모양과 유사하다. 도 1 및 표 2를 함께 참조하면, 실시예 1-2에서 제조된 나노 티탄산바륨 미세 결정의 평균 입경은 모두 15㎚ 좌우이고, 분산성이 우수하고, 현저한 뭉침이 발생하지 않으며, 입경이 보다 균일하고; 실시예 3-7에 따른 나노 티탄산바륨 미세 결정의 1차 입자의 평균 입경은 모두 50㎚ 이하이다.FIG. 10 is a projection electron microscope (TEM) image of nano barium titanate microcrystals obtained in Example 2, which is similar to the shape of nano barium titanate microcrystals according to Example 1. FIG. Referring to FIGS. 1 and 2 together, the average particle diameter of the nano barium titanate microcrystals prepared in Example 1-2 is all 15 nm left and right, excellent dispersibility, no significant agglomeration, and more uniform particle diameter do; All primary particles of the nano-barium titanate microcrystals according to Examples 3-7 had an average particle diameter of 50 nm or less.
실시예 8-13Examples 8-13
실시예 2에서 획득한 나노 티탄산 바륨 미세 결정을 머플로 내에서 약 3h 동안 소성하여, 티탄산바륨 파우더를 획득하고, 여기서 실시예 8-13에 따른 소성 온도는 각각 300℃, 500℃, 700℃, 900℃, 1100℃, 1300℃이다. 구체적인 소성 공정 및 생성물 형상은 구체적으로 표 3을 참조할 수 있다.The nano barium titanate microcrystals obtained in Example 2 were calcined for about 3 h in a muffle furnace to obtain barium titanate powder, wherein the calcination temperature according to Examples 8-13 was 300 ° C., 500 ° C., 700 ° C., respectively. 900°C, 1100°C, and 1300°C. Specific firing process and product shape can be specifically referred to Table 3.
(℃)Temperature
(℃)
(h)hour
(h)
(㎚)average particle size
(nm)
(m2/g)BET specific surface area
(m 2 /g)
(c/a)Lattice Constant Ratio
(c/a)
도 11 및 도 12는 각각 실시예 8-9에서 획득한 티탄산바륨 파우더의 TEM 이미지이다. 도 11-12 및 표 3의 결과를 참조하면, 실시예 8-9에서 획득한 티탄산바륨 파우더의 입자 분산도가 우수하고, 현저한 뭉침이 관찰되지 않음을 확인할 수 있다. 그 1차 입자의 평균 입경은 모두 20㎚ 좌우로서, 이로부터, 300℃~500℃에서 진행되는 저온 소성에 의한 결정 입자의 생장이 현저하지 않음을 알 수 있다.11 and 12 are TEM images of barium titanate powder obtained in Examples 8-9, respectively. 11-12 and Table 3, it can be seen that the particle dispersion of the barium titanate powder obtained in Examples 8-9 is excellent, and no significant agglomeration is observed. The average particle diameter of the primary particles is both left and right of 20 nm, and from this, it can be seen that the growth of crystal grains due to low-temperature calcination proceeding at 300°C to 500°C is not remarkable.
도 13, 도 14 및 도 15는 각각 실시예 10-12에서 티탄산바륨 파우더의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다. 도 13-15 및 표 3을 참조하면, 소성 온도가 500℃로부터 1300℃로 상승할 경우, 티탄산바륨 결정 입자가 점차적으로 커지고, 입경이 약 20㎚로부터 200㎚ 좌우로 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 500℃~1300℃에서의 고온 소성에 의해 결정 입자가 현저히 커지는 것을 의미한다.13, 14 and 15 are scanning electron microscope (SEM) images of barium titanate powder in Examples 10-12, respectively. 13-15 and Table 3, when the sintering temperature is increased from 500 ℃ to 1300 ℃, the barium titanate crystal grains gradually increase, and it can be seen that the particle size increases from about 20 nm to 200 nm left and right, It means that crystal grains become significantly larger by high-temperature calcination at 500°C to 1300°C.
도 16은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 나노 티탄산바륨 미세 결정, 실시예 8-13에서 제조된 티탄산바륨 파우더의 XRD 패턴이고, 도 17은 도 16에서 2θ각이 45°인 회절 피크 위치의 확대도이다. 도 16 및 도 17을 참조하면, 나노 티탄산바륨 미세 결정은 소성을 거쳐, 결정체의 발육이 더욱 우수하며, 소성 온도가 상승함에 따라, 상기 티탄산바륨 파우더의 결정화 정도가 점점 우수해지고, 특히 소성 온도가 300℃~1100℃(실시예 8-12)일 때, 2θ각은 45° 부근에서의 회절 피크가 현저한 갈라짐이 발생하지 않으며, 하나의 단일 피크로 나타나고, 소성 온도가 1300℃(실시예 13)일 때, 45°에서의 회절 피크는 갈라짐이 발생하는 것을 확인할 수 있다.16 is an XRD pattern of nano barium titanate microcrystals prepared in Example 2 of the present invention and barium titanate powder prepared in Examples 8-13, and FIG. 17 is a diffraction peak position with a 2θ angle of 45° in FIG. is an enlarged view. 16 and 17 , the nano barium titanate microcrystals undergo calcination, and the crystal growth is more excellent, and as the calcination temperature rises, the degree of crystallization of the barium titanate powder gradually becomes excellent, and in particular, the calcination temperature increases When the temperature is 300 ° C. to 1100 ° C. (Example 8-12), the diffraction peak in the vicinity of 45 ° does not cause significant cracking in the 2θ angle, appears as one single peak, and the firing temperature is 1300 ° C. (Example 13) When , it can be seen that the diffraction peak at 45° is cracked.
표 4의 측정 결과를 참조하면, 300℃~500℃에서 진행되는 저온 소성에 의한 결정 입자의 생장이 현저하지 않지만, 소성 온도가 500℃로부터 1300℃로 상승할 경우, 티탄산바륨 결정 입자는 점차적으로 커지며, 입경이 20㎚로부터 300㎚ 좌우로 증가하는 것을 알 수 있으며, 500℃~1300℃에서의 고온 소성에 의해 결정 입자가 현저하게 커짐을 의미한다.Referring to the measurement results in Table 4, the growth of crystal grains due to low-temperature calcination at 300°C to 500°C is not remarkable, but when the calcination temperature rises from 500°C to 1300°C, the barium titanate crystal grains gradually It can be seen that the grain size increases from 20 nm to 300 nm left and right, and it means that the crystal grains are remarkably increased by high-temperature firing at 500° C. to 1300° C.
비교예 1Comparative Example 1
비교예 1의 제조 공정은 실시예 2와 기본적으로 동일하며, 혼합계를 배합할 때, 이산화티탄 수분산액을 수산화 바륨 수용액이 담긴 3구 둥근 바닥 플라스크로 천천히 첨가하되, 첨가하면서 쾌속으로 교반 혼합하여, 전체 혼합계의 온도를 기본적으로 100℃로 유지하여 일정하게 하는 면에서만 차별된다.The manufacturing process of Comparative Example 1 is basically the same as in Example 2, and when mixing the mixing system, the aqueous titanium dioxide dispersion is slowly added to a three-necked round bottom flask containing an aqueous barium hydroxide solution, but stirred and mixed at high speed while adding , it is differentiated only in that the temperature of the entire mixing system is basically maintained at 100°C to make it constant.
상기 나노 티탄산바륨 미세 결정의 구체적인 물성 테스트 결과는 표 4를 참조할 수 있으며, 그 XRD 패턴은 도 18에 도시된 바와 같다.The specific physical property test results of the nano barium titanate microcrystals may be referred to Table 4, and the XRD pattern thereof is as shown in FIG. 18 .
비교예 2Comparative Example 2
비교예 2의 제조 공정은 실시예 2와 기본적으로 일치하며, 혼합계를 배합할 때, 나노 이산화티탄 파우더의 질량은 변경하지 않지만, 나노 이산화티탄의 질량 농도가 8%인 면에서만 차별된다.The manufacturing process of Comparative Example 2 is basically the same as that of Example 2, and when mixing the mixed system, the mass of the nano titanium dioxide powder is not changed, but it is differentiated only in that the mass concentration of the nano titanium dioxide is 8%.
상기 나노 티탄산바륨 미세 결정의 구체적인 물성 테스트 결과는 표 4를 참조할 수 있으며, 그 XRD 패턴은 도 19에 도시된 바와 같다.The specific physical property test results of the nano barium titanate microcrystals can be referred to Table 4, and the XRD pattern thereof is as shown in FIG. 19 .
도 18 및 도 19를 참조하면, 비교예 1-2에서 나노 이산화티탄 수분산액을 천천히 첨가하거나 나노 이산화티탄 수분산의 농도를 감소하는 방식을 통해서도, 마찬가지로 결정 입자의 발육이 보다 우수한 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득할 수 있다는 것을 알 수 있다.18 and 19 , in Comparative Example 1-2, nano-barium titanate fines with better growth of crystal grains likewise through the method of slowly adding the aqueous nano-titanium dioxide dispersion or reducing the concentration of the aqueous nano-titanium dioxide dispersion You know you can get a decision.
하지만, 비교예 1-2와 실시예 2의 테스트 결과를 대조하면, 이산화티탄 수분산액을 천천히 첨가하여 혼합계가 기본적으로 일정하도록 유지시키거나, 또는 저농도 나노 이산화티탄 수분산액을 사용할 때, 획득한 나노 티탄산바륨 미세 결정의 평균 입경이 모두 커진다. 한편, 나노 이산화티탄 수분산액의 농도를 낮추면, 나노 티탄산바륨 미세 결정의 생산 효율도 현저히 감소된다.However, if the test results of Comparative Example 1-2 and Example 2 are compared, when the aqueous titanium dioxide dispersion is slowly added to keep the mixing system basically constant, or when a low concentration nano titanium dioxide aqueous dispersion is used, the obtained nano The average grain size of the barium titanate microcrystals all increase. On the other hand, if the concentration of the nano titanium dioxide aqueous dispersion is lowered, the production efficiency of nano barium titanate microcrystals is also significantly reduced.
(m2/g)BET specific surface area
(m 2 /g)
(c/a)Lattice Constant Ratio
(c/a)
(305cm-1/183cm-1)Raman Peak Ratio
(305cm -1 /183cm -1 )
마지막으로, 이상의 각 실시예는 본 발명의 기술방안을 설명하기 위한 것일 뿐, 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 비록 상술한 각 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 분야의 당업자라면 여전히 상술한 각 실시예에서 기재한 기술방안에 대해 수정을 가하거나, 그 중 부분 또는 모든 기술특징에 대해 동등한 치환을 가할 수 있으며, 이러한 수정 또는 치환에 의해 관련 기술방안의 본질이 본 발명의 각 실시예의 기술방안의 범위를 벗어나는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있다.Finally, each of the above embodiments is only for explaining the technical solution of the present invention, and is not limited thereto. Although the present invention has been described in detail with reference to each of the above-described embodiments, those skilled in the art may still modify the technical solutions described in each of the above-described embodiments, or some or all technical features thereof Equivalent substitution can be made, and it can be understood that the essence of the related technical solution does not deviate from the scope of the technical solution of each embodiment of the present invention by such modification or substitution.
Claims (10)
불활성 분위기에서, 상기 혼합계가 90~110℃에서 상압 수열 합성 반응하도록 하며, 반응 생성물을 수집하고 세척 및 건조하여, 나노 티탄산바륨 미세 결정을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법.
By rapidly mixing the nano titanium dioxide aqueous dispersion having a lower temperature and an aqueous solution of barium hydroxide having a higher temperature, the temperature of the obtained mixing system is at least 2 ° C lower than the temperature of the aqueous barium hydroxide solution by rapid mixing of both. but; Here, the mass concentration of the nano titanium dioxide aqueous dispersion is 20% or more; and
Nano barium titanate microcrystals, characterized in that it comprises the step of obtaining nano barium titanate microcrystals by allowing the mixed system to react hydrothermal synthesis at atmospheric pressure at 90 to 110 ° C in an inert atmosphere, collecting the reaction product, washing and drying manufacturing method.
상기 온도가 보다 낮은 나노 이산화티탄 수분산액을 상기 온도가 보다 높은 수산화 바륨 수용액에 첨가하고 쾌속으로 혼합하여, 상기 혼합계를 획득하는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법.
According to claim 1,
The method for producing nano barium titanate microcrystals, characterized in that the aqueous dispersion of nano titanium dioxide having a lower temperature is added to an aqueous solution of barium hydroxide having a higher temperature and rapidly mixed to obtain the mixed system.
상기 나노 이산화티탄 수분산액의 온도가 50℃를 초과하지 않고; 쾌속으로 혼합하는 동안, 상기 수산화 바륨 수용액의 온도를 70℃ 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법.
According to claim 1,
the temperature of the nano-titanium dioxide aqueous dispersion does not exceed 50°C; During rapid mixing, the method for producing nano-barium titanate microcrystals, characterized in that the temperature of the aqueous solution of barium hydroxide is controlled to 70° C. or higher.
상기 나노 이산화티탄 수분산액에서, 나노 이산화티탄은 체적을 기준으로 산출한 중간 입경이 30㎚을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법.
According to claim 1,
In the aqueous dispersion of nano titanium dioxide, the method for producing nano barium titanate microcrystals, characterized in that the median particle size calculated based on the volume of the nano titanium dioxide does not exceed 30 nm.
상기 혼합계에서, Ba 이온과 Ti 원자 사이의 몰 비율은 1~4 : 1인 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법.
According to claim 1,
In the mixed system, the molar ratio between Ba ions and Ti atoms is 1 to 4 : Method for producing nano barium titanate microcrystals, characterized in that 1.
상기 수산화 바륨 수용액의 질량 농도는 20% 이상인 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법.
According to claim 1,
The mass concentration of the aqueous barium hydroxide solution is 20% or more, A method for producing nano-barium titanate microcrystals.
상기 상압 수열 합성 반응의 시간은 30분 이상인 것을 특징으로 하는 나노 티탄산바륨 미세 결정의 제조 방법.
According to claim 1,
The method for producing nano barium titanate microcrystals, characterized in that the time of the atmospheric pressure hydrothermal synthesis reaction is 30 minutes or more.
8. Nano barium titanate microcrystals, characterized in that produced by the method for producing nano barium titanate microcrystals according to any one of claims 1 to 7.
200~1300℃에서, 상기 나노 티탄산바륨 미세 결정에 대해 소성하여, 티탄산바륨 파우더를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 티탄산바륨 파우더의 제조 방법.
Using the method for producing nano-barium titanate microcrystals according to any one of claims 1 to 7, comprising: preparing nano barium titanate microcrystals; and
The method for producing barium titanate powder, comprising the step of obtaining a barium titanate powder by calcining the nano-barium titanate microcrystals at 200 to 1300°C.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910338387.4 | 2019-04-25 | ||
CN201910338387.4A CN110092657B (en) | 2019-04-25 | 2019-04-25 | Nano barium titanate microcrystal and preparation method thereof, and barium titanate powder and preparation method thereof |
PCT/CN2019/100606 WO2020215536A1 (en) | 2019-04-25 | 2019-08-14 | Nano-barium titanate microcrystal and preparation method therefor, and barium titanate powder and preparation method therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210153705A true KR20210153705A (en) | 2021-12-17 |
KR102590443B1 KR102590443B1 (en) | 2023-10-16 |
Family
ID=67445845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020217037842A KR102590443B1 (en) | 2019-04-25 | 2019-08-14 | Nano barium titanate microcrystals and method for producing the same and barium titanate powder and method for producing the same |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7564823B2 (en) |
KR (1) | KR102590443B1 (en) |
CN (1) | CN110092657B (en) |
WO (1) | WO2020215536A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110092657B (en) * | 2019-04-25 | 2021-01-26 | 苏州宝顺美科技有限公司 | Nano barium titanate microcrystal and preparation method thereof, and barium titanate powder and preparation method thereof |
WO2021066070A1 (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 日揮触媒化成株式会社 | Barium titanate particles, method for producing same, and dispersion of barium titanate particles |
CN113753944A (en) * | 2021-10-14 | 2021-12-07 | 福建贝思科电子材料股份有限公司 | Superfine barium titanate powder and preparation method thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR950011831A (en) * | 1993-10-29 | 1995-05-16 | 요시히로 이와타 | Fuel cleaner |
KR20000001995A (en) * | 1998-06-16 | 2000-01-15 | 이형도 | Process for preparing ceramic powder of barium titanate |
JP2006027971A (en) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Tdk Corp | Method of producing barium titanate powder, its powder and laminated ceramic electronic parts using same |
KR20140015073A (en) * | 2012-07-27 | 2014-02-06 | 삼성전기주식회사 | A manufacturing method of barium-titanate and barium-titanate powder manufactured by the same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2193713B (en) * | 1986-07-14 | 1990-12-05 | Cabot Corp | Method of producing perovskite-type compounds. |
CN1451607A (en) * | 2002-04-16 | 2003-10-29 | 唐应吉 | Process for preparing high-purity superfine barium titanate by liquid phase chemical reaction |
KR101218979B1 (en) * | 2010-12-10 | 2013-01-04 | 삼성전기주식회사 | A manufacturing method of perovskite powder, perovskite powder and laminated ceramic electronic part manufactured by the same |
KR20130038695A (en) * | 2011-10-10 | 2013-04-18 | 삼성전기주식회사 | Perovskite powder, fabricating method thereof and multi-layer ceramic electronic parts fabricated by using the same |
CN110092657B (en) * | 2019-04-25 | 2021-01-26 | 苏州宝顺美科技有限公司 | Nano barium titanate microcrystal and preparation method thereof, and barium titanate powder and preparation method thereof |
-
2019
- 2019-04-25 CN CN201910338387.4A patent/CN110092657B/en active Active
- 2019-08-14 JP JP2021564091A patent/JP7564823B2/en active Active
- 2019-08-14 KR KR1020217037842A patent/KR102590443B1/en active IP Right Grant
- 2019-08-14 WO PCT/CN2019/100606 patent/WO2020215536A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR950011831A (en) * | 1993-10-29 | 1995-05-16 | 요시히로 이와타 | Fuel cleaner |
KR20000001995A (en) * | 1998-06-16 | 2000-01-15 | 이형도 | Process for preparing ceramic powder of barium titanate |
JP2006027971A (en) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Tdk Corp | Method of producing barium titanate powder, its powder and laminated ceramic electronic parts using same |
KR20140015073A (en) * | 2012-07-27 | 2014-02-06 | 삼성전기주식회사 | A manufacturing method of barium-titanate and barium-titanate powder manufactured by the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110092657B (en) | 2021-01-26 |
JP2022530512A (en) | 2022-06-29 |
KR102590443B1 (en) | 2023-10-16 |
CN110092657A (en) | 2019-08-06 |
JP7564823B2 (en) | 2024-10-09 |
WO2020215536A1 (en) | 2020-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102590441B1 (en) | Nano barium titanate powder and its manufacturing method, ceramic dielectric layer and its manufacturing method | |
JP6368246B2 (en) | Method for producing coated barium titanate fine particles | |
Hwang et al. | Low‐temperature synthesis of fully crystallized spherical BaTiO3 particles by the gel–sol method | |
KR102590443B1 (en) | Nano barium titanate microcrystals and method for producing the same and barium titanate powder and method for producing the same | |
JPWO2009125681A1 (en) | Method for producing barium titanate | |
Wu et al. | Facile preparation and dielectric properties of BaTiO 3 with different particle sizes and morphologies | |
Pązik et al. | Microwave driven hydrothermal synthesis of Ba1− xSrxTiO3 nanoparticles | |
CN115380008B (en) | Method for producing perovskite compound, and perovskite compound | |
JP4702515B2 (en) | Tetragonal barium titanate fine particle powder and production method thereof | |
CN1283587C (en) | Process for preparing tetra phase barium titanate powder | |
CN113292097A (en) | Method for preparing high-tetragonality barium titanate powder | |
JP5410124B2 (en) | Method for manufacturing dielectric material | |
CN112707726A (en) | Preparation method of barium titanate nano powder | |
JPH07277710A (en) | Production of perovskite-type multiple oxide powder | |
CN113603135A (en) | Preparation method of yttrium-doped small-size barium titanate nano powder | |
CN105712717A (en) | Method for preparing nanometer Ba(Fe0.5Nb0.5)O3 powder through microwave hydrothermal method | |
JPS60161338A (en) | Manufacture of mixed fine particle consisting of batio3 and basn(oh)6 and fine particle of ba(snxti1-x)o3 solid solution | |
CN117263672A (en) | Method for synthesizing nano barium titanate-based powder in water vapor | |
JPH10236824A (en) | Titania-zirconia multiple oxide fine powder and its production | |
CN118164751A (en) | Barium calcium titanate powder, and preparation method and application thereof | |
KR20060102928A (en) | Manufacturing method of barium titanate powder | |
CN117645538A (en) | Method for preparing alkali-catalyzed superfine barium titanyl oxalate and method for preparing barium titanate | |
CN113307305A (en) | Preparation method and application of barium titanate powder | |
KR20140044608A (en) | Manufacturing method of ceramic paste for multilayer ceramic electronic part | |
JP2004083295A (en) | Translucent ceramic and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |