TW201520195A - 草酸氧鈦鋇製備方法、包括該方法之鈦酸鋇製備方法以及由此製備之鈦酸鋇 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種草酸氧鈦鋇(BTO)製備方法、鈦酸鋇(BT)製備方法以及BT。該BTO製備方法包括製備鋇化合物溶液、鈦化合物溶液及草酸溶液(原料溶液製備步驟)、藉由將該鋇化合物溶液及該鈦化合物溶液與該草酸溶液接觸來合成BTO(BaTiO(C2O4)2.4H2O)(BTO合成步驟)、濕式粉碎該合成之BTO(BTO濕式粉碎步驟)、乾燥該經濕式粉碎之BTO以獲得BTO粉末(BTO乾燥步驟)以及乾式粉碎該經乾燥之BTO粉末(BTO乾式粉碎步驟),其中進行該BTO乾式粉碎步驟直至該經乾式粉碎之BTO之容積密度達到在0.2g/cm3至0.50g/cm3之範圍內。
Description
本發明係關於一種草酸氧鈦鋇製備方法、鈦酸鋇製備方法以及鈦酸鋇,更特定而言,一種用於藉由改良乾式粉碎效率獲得具有低容積密度之草酸氧鈦鋇粉末的草酸氧鈦鋇製備方法、用於獲得因團塊之含量及縮頸率低而具有高結晶度之鈦酸鋇的鈦酸鋇製備方法、以及藉由使用鈦酸鋇製備方法製備之鈦酸鋇。
習知地,鈦酸鋇粉末藉由固相方法來製備,其中將二氧化鈦(TiO2)與碳酸鋇(BaCO3)混合以形成混合物且將該混合物在固相中在高溫下熱處理。然而,目前,各種合成方法諸如液相法及氣相法以及固相法係用於製備鈦酸鋇粉末,因為鈦酸鋇粉末需要具有高的純度/組成均勻性、細粒/粒度一致性、以及根據對小尺寸/大電容的近期趨勢之非凝結/高可分散性(藉由高介電常數組合物以及薄層及多層電介質)、低溫燒結、高頻及高性能多層陶瓷電容器
(MLCC)。然而,共沈澱方法可用來大量產生鈦酸鋇粉末,該方法為用於獲得具有低製造成本及化學均勻性之鈦酸鋇粉末的液相方法之一。
當使用共沈澱方法時,將含有鋇及鈦之液相原料與草酸(H2C2O4)接觸以形成草酸氧鈦鋇(BaTiO(C2O4)2.4H2O,以下稱為「BTO」),接著將BTO在高溫下熱處理以合成具有適當粒度之鈦酸鋇(BaTiO3)粉末。然而,在共沈澱方法中,若沈澱的BTO沒有粉碎成適當粒度,則在熱處理(亦即煆燒)之後所形成之鈦酸鋇(BT)顆粒彼此強烈地成團,且因此在BT粉碎製程期間成團顆粒彼此分開之時可產生大量細粉,BT之粒度分佈可擴大,且BT之結晶度可變差。就此而言,BTO顆粒之晶粒細化由於如上所述之BT特徵而是需要的。因此,在習知的共沈澱方法中,使用具有高粉碎效率之濕式粉碎製程,但由於乾式粉碎製程係在濕式粉碎製程之後進行,所以BTO顆粒彼此成團,且因此BTO粉末中的團塊之比率增加。因此,BT(最終產物)之結晶度變差。同樣,當BT應用於MLCC時,因為異常晶粒成長可在MLCC之燒結過程期間發生,所以可能在顆粒中形成孔隙,且該等孔隙可能負面地影響MLCC之容量及可靠性。因此,BT不能應用於大容量之MLCC。
本發明之一個實施例提供一種草酸氧鈦鋇製備方法,其使得能夠藉由改良乾式粉碎效率產生具有低容積密度之
草酸氧鈦鋇粉末。
本發明之另一實施例提供一種鈦酸鋇製備方法,其使得能夠產生因團塊之含量及縮頸率低而具有高結晶度之鈦酸鋇。
本發明之另一實施例提供藉由使用鈦酸鋇製備方法製備之鈦酸鋇,其中該鈦酸鋇可在小型超高電容多層陶瓷電容器中使用。
根據本發明之一個態樣,草酸氧鈦鋇(BTO)製備方法包括製備鋇化合物溶液、鈦化合物溶液及草酸溶液(原料溶液製備步驟);藉由將該鋇化合物溶液及該鈦化合物溶液與該草酸溶液接觸來合成BTO(BaTiO(C2O4)2.4H2O)(BTO合成步驟);濕式粉碎該合成之BTO(BTO濕式粉碎步驟);乾燥該經濕式粉碎之BTO以獲得BTO粉末(BTO乾燥步驟);以及乾式粉碎該經乾燥之BTO粉末(BTO乾式粉碎步驟),其中進行該BTO乾式粉碎步驟直至該經乾式粉碎之BTO之容積密度達到在0.2g/cm3至0.50g/cm3之範圍內。
該鋇化合物溶液可藉由將選自由氯化鋇(BaCl2)、硝酸鋇(Ba(NO3)2)及高氯酸鋇(Ba(ClO4)2)組成之群的至少一種鋇化合物溶解於水中來製備,該鈦化合物溶液可藉由將氯氧化鈦(TiOCl2)及四氯化鈦(TiCl4)之至少一種鈦化合物溶解於水中夾製備,並且該草酸溶液可藉由將草酸溶解於水中來製備。
BTO合成步驟可在20℃至100℃之合成溫度下進行。
BTO乾式粉碎步驟可藉由使用至少一種選自由以下組成之群的粉碎機來進行:錘磨機、空氣分級磨機(ACM)以及噴磨機。
經乾式粉碎之BTO可具有2.5μm或更小之粒徑(PSA D50)及8.0μm或更小之粒徑(PSA D90)。
BTO製備方法可進一步包括老化所合成之BTO;藉由過濾分離老化的BTO;以及在BTO合成步驟與BTO濕式粉碎之間用過量水洗滌所分離之BTO。
根據本發明之另一態樣,鈦酸鋇(BaTiO3)製備方法包括藉由在800℃至1000℃之溫度下熱處理根據請求項1至6中任一項所製備之BTO來合成鈦酸鋇(BT)(BT合成步驟)。
BT製備方法可進一步包括在BT合成步驟之後粉碎所合成之BT(BT粉碎步驟)。
根據本發明之另一態樣,鈦酸鋇藉由使用BT製備方法來製備。
由BT形成之BT粉末可包括10wt%或更少之量的團塊。
本發明之一個實施例提供一種製備草酸氧鈦鋇以實現均勻粉碎及粉碎含量升級且藉由引入乾式粉碎製程改良草酸氧鈦鋇之生產率的方法。
本發明之另一實施例提供一種製備鈦酸鋇以獲得因團
塊之含量及縮頸率低而具有高結晶度之鈦酸鋇的方法。
圖1A為說明在根據本發明之一個實施例的BTO製備方法中草酸氧鈦鋇(BTO)乾式粉碎步驟之功能及作用的圖解;圖1B為說明當BTO乾式粉碎步驟如在習知的BTO製備方法中省略時可能產生之問題的圖解;圖2說明根據一些實施例及比較例的BTO製備方法所製備之BTO的SEM圖像;圖3說明不穿過過濾機以便在BT分散劑經由過濾機過濾之後保留在過濾機上的物質(亦即團塊)之圖像,其中BT分散劑藉由將在一些實施例及比較例中所製備之BT分散在乙醇中來製備;圖4說明在一些實施例及比較例中所製備之BT的SEM圖像;以及圖5說明在一些實施例及比較例中所製備之BT的XRD圖譜。
最佳方式
在下文中,詳細描述根據本發明之一個實施例的草酸氧鈦鋇製備方法以及鈦酸鋇製備方法。
根據本發明之一個實施例的草酸氧鈦鋇製備方法包括製備鋇化合物溶液、鈦化合物溶液及草酸溶液之每一者(原料溶液製備步驟)、藉由將鋇化合物溶液及鈦化合物溶液
與草酸溶液接觸來合成草酸氧鈦鋇(BaTiO(C2O4)2.4H2O,在下文稱為「BTO」)(BTO合成步驟)、濕式粉碎所合成之BTO(BTO濕式粉碎步驟)、乾燥經濕式粉碎之BTO以獲得BTO粉末(BTO乾燥步驟)、以及乾式粉碎經乾燥之BTO粉末(BTO乾式粉碎步驟)。
鋇化合物溶液可藉由將選自由氯化鋇(BaCl2)、硝酸鋇(Ba(NO3)2)及高氯酸鋇(Ba(ClO4)2)組成之群的至少一種類型之鋇化合物溶解於水中來製備。鋇化合物溶液之濃度可為0.2mol/L至2.0mol/L。當鋇化合物溶液之濃度在此範圍內時,鈦酸鋇(在下文稱為「BT」)之生產率(其將在稍後作詳細描述)就鋇化合物溶液之體積而言可為高的,並且鋇化合物不會沈澱。
鈦化合物溶液可藉由將選自氯氧化鈦(TiOCl2)及四氯化鈦(TiCl4)之至少一種鈦化合物溶解於水中來製備。鈦化合物溶液之濃度可為0.2mol/L至2.0mol/L。當鈦化合物溶液之濃度在此範圍內時,BT之生產率就鈦化合物溶液之體積而言可為高的,並且鈦化合物不會沈澱。
草酸溶液可藉由將草酸(H2C2O4)溶解於水中來製備。此處,用於該方法中之草酸溶液之量可大於用於該方法中的鋇化合物溶液或鈦化合物溶液之量。詳言之,草酸溶液之濃度可為0.2mol/L至5.0mol/L。當草酸溶液之濃度在此範圍內時,就草酸溶液之體積而言BT之生產率可為高的,並且草酸可完全溶於水中。
BTO合成步驟可在20至100℃,例如50至90℃範圍
內之合成溫度下進行。當BTO合成步驟中的合成溫度在此範圍內時,BTO之生產率可為高的,且可防止所合成之BTO之再分解。
在BTO合成步驟中,以混合物或單獨各自溶液之形式之鋇化合物溶液及鈦化合物溶液可同時或依序與草酸溶液接觸。該接觸可藉由噴嘴噴霧進行,並且進行接觸之時段(亦即接觸時間)可在1至3小時之範圍內。接觸時間可藉由控制噴霧噴嘴之噴霧速度來實現。噴霧噴嘴可為單流噴嘴或雙流噴嘴,視流體之流動而定,但為了使用方便或獲得均勻沈澱起見單流噴嘴較佳。一種類型之單流噴嘴可為全錐形、空心錐形或平坦的。舉例而言,用於藉由使作為鋇化合物溶液之氯化鋇水溶液及作為鈦化合物溶液之氯氧化鈦水溶液與草酸水溶液接觸來產生BTO(BaTiO(C2O4)2.4H2O)之方法可由以下反應流程1來表示:[反應流程1]BaCl2.2H2O+TiOCl2.+2H2C2O4.2H2O → BaTiO(C2O4)2.4H2O+4HCl
接下來,該方法可包括老化所合成之BTO(BTO老化步驟),藉由過濾分離BTO(BTO分離步驟),以及用水洗滌所分離之BTO(BTO洗滌步驟)。BTO老化步驟較佳可進行0.5至2小時以提高生產率。此處,術語「過濾」表示藉由使用特別是離心分離機或壓濾機僅將固相BTO自含有BTO之BTO漿料中分離之製程。其後,所分離之
BTO可用過量水洗滌直至洗滌溶液之pH值變成中性的(約7)。
接著,視情況,所洗滌之BTO可在80℃至150℃之溫度下乾燥8小時至12小時。
隨後,由如上所述之製程獲得的BTO可為經濕式粉碎的(BTO濕式粉碎步驟)。此處,術語「濕式粉碎」係指藉由添加BTO以及預定量之介質至濕式粉碎機諸如珠磨機、球磨機或磨碎機中來粉碎BTO之製程。此處,術語「介質」表示有機介質,例如乙醇或水,例如去離子水。當有機介質用作介質時,其就粉碎效率或粒度控制而言可為較佳的,但成本可能增加。水較佳可用作介質以使製程簡化,並且因此可減少成本。當水用作介質時,用於該製程中的水之量可以1重量份BTO計在1至10重量份之範圍內。當用於該製程中的水之量在此範圍內時,BTO漿料之黏度可適於容易地進行BTO之粉碎,並且BTO之生產率就水之體積而言可為高的。粉碎時間需要適當地控制,因為每個粉碎設備之粉碎功率可不同,並且當使用珠磨機時,粉碎時間可在10至300分鐘之範圍內。就此而言,作為最終產物的BT粉末之粒度可藉由控制粉碎時間而適當地調整。在濕式粉碎步驟期間,含氮添加劑諸如氨可進一步添加至BTO漿料中,且因此可部分或完全解決粉碎之前及之後BTO漿料之酸化、粉碎之後BTO漿料黏度之增加、以及由於氯離子存在於所合成之BTO中所造成的BTO粉末之介電特徵的下降。
接著,經濕式粉碎之BTO可在400℃或更小之溫度下乾燥以移除所用介質(BTO乾燥步驟)。結果,獲得經乾燥之BTO粉末。在此情況下,顯然用於乾燥製程之溫度需要等於或高於介質之沸點以便蒸發在該製程中所用之介質。
接著,乾式粉碎經乾燥之BTO(BTO乾式粉碎步驟)。結果,獲得經乾式粉碎之BTO粉末。
進行BTO乾式粉碎步驟直至經乾式粉碎之BTO之容積密度在0.2g/cm3至0.50g/cm3之範圍內。因此,在藉由熱處理經乾式粉碎之BTO粉末所製備之鈦酸鋇粉末中的團塊比率及縮頸率可降低,且因此由於當熱處理BTO時(亦即在BT合成步驟期間)藉由分解BTO所產生之氣體(CO、CO2或H2O)經有效移除,所以在BT中形成之缺陷最小化。因此,可獲得具有高結晶度之BT。在本說明書中,術語「縮頸」係指當兩個或兩個以上顆粒彼此組合時在其之間的界面處形成的狹窄部分的生成。
經乾式粉碎之BTO可具有2.5μm或更小之粒徑(PSA D50)及8.0μm或更小之粒徑(PSA D90)。在本說明書之一個實施例中,粒徑(PSA D10、PSA D50或PSA D90)係藉由使用粒徑分析器(Mastersizer 2000,自Malvern購得)來量測。
在下文中,參看圖1A,將詳細描述BTO乾式粉碎步驟之功能及作用。
參看圖1A,因為經乾式粉碎之BTO粉末之容積密度
由於BTO乾式粉碎步驟而減小至0.50g/cm3或更小,所以經乾式粉碎之BTO粉末之團塊形成率降低,且因此以彼此分離之狀態存在的顆粒之含量比提高。同時,當經乾式粉碎之BTO粉末之容積密度降至小於0.2g/cm3時,BTO細粒不彼此分離且以再成團狀態存在,因此由團塊形成所造成之孔隙在熱處理期間存在於BT粉末中,且以細粒狀態存在之BTO粉末因在熱處理期間BTO顆粒之間的緩慢分散速度而具有緩慢的晶粒成長。因此,當經乾式粉碎之BTO粉末,亦即容積密度為約0.2g/cm3至約0.5g/cm3之BTO粉末經熱處理時,形成具有以彼此分離之狀態存在的所合成之BT顆粒之高含量比的BT粉末。接著,將BT粉末應用於MLCC。亦即,將BT粉末安置於兩個電極層10之間以形成電介質層20以便製備MLCC。此處,電介質層20包括高含量比的彼此不成團且規則排列之BT顆粒。隨後,燒結MLCC。此處,電介質層20之BT顆粒結晶且形成沒有孔隙之晶體結構。就此而言,圖1A說明BTO乾式粉碎步驟具有形成具有高結晶度之BT的功能及作用。
在下文中,如在習知的BTO製備方法中,當BTO乾式粉碎步驟省略或不適當時產生的問題將參看圖1B進行詳細描述。
參看圖1B,當BTO乾式粉碎步驟省略或不適當時,經乾式粉碎之BTO粉末之BTO顆粒的至少一部分以形成團塊之狀態存在。因此,當熱處理經乾式粉碎之BTO粉末時,形成BT粉末,其中至少一部分所合成之BT顆粒以形
成團塊之狀態存在。同樣,作為團塊形成之生成物的孔隙存在於BT粉末中。接著,將BT粉末應用於MLCC。亦即,將BT粉末安置於兩個電極層10之間以形成電介質層20,以便製備MLCC。此處,電介質層20’包括高含量比的彼此成團且不規則排列之BT顆粒。隨後,燒結MLCC。此處,電介質層20’之BT顆粒結晶且形成具有孔隙之晶體結構。就此而言,圖1B說明當BTO乾式粉碎步驟不包括在該方法中時,形成具有低結晶度之BT。
BTO乾式粉碎步驟可藉由使用至少一種類型的選自由以下組成之群的粉碎機來進行:錘磨機、空氣分級磨機(ACM)以及噴磨機。錘磨機及ACM之轉子轉速以及噴磨機之氣壓可經適當地控制以使得經乾式粉碎之BTO之容積密度為約0.2g/cm3至約0.5g/cm3。
隨後,將BTO粉末填充於加熱爐中且在約800℃至約1000℃範圍內之溫度下熱處理以合成鈦酸鋇(BaTiO3,在下文稱為「BT」)(BT合成步驟)。在BT合成步驟中,當熱處理溫度在此上述範圍內時,可獲得具有所要粒徑(PSA D50)之BT,該粒徑為約0.08μm至約0.5μm之範圍內)。在BT合成步驟中,可移除雜質,包括水分及/或碳(CO、CO2或H2O)。BTO乾燥步驟之乾燥溫度至BT合成步驟之熱處理溫度的加熱速率可在約0.5℃/min至約10℃/min之範圍內,例如約1℃/min至約5℃/min。當加熱速率在此上述範圍內時,BT之生產率為高的,溫度分佈可為均勻的,並且因此BT粉末之粒徑可為一致的。在BTO
晶體中作為結晶水而存在的水分以及過量之碳酸氣可藉由以如上所述之方式進行BT合成步驟來移除,並且因此具有粒徑在幾十nm至數百nm之BT顆粒的BT粉末可經由反應流程2至4中所述之製程而獲得。
[反應流程2]BaTiO(C2O4)2.4H2O → BaTiO(C2O4)2+4H2O
[反應流程3]BaTiO(C2O4)2+1/2 O2 → BaCO3+TiO2+2CO2
[反應流程4]BaCO3+TiO2 → BaTiO3
為了進行乾燥的BTO粉末之熱處理,陶盆或托盤可用作加熱爐。此處,陶盆表示耐火性黏土容器。陶盆可為例如具有六面體形狀、具有基準平面、具有正方形之容器。
在下文,BT粉末藉由粉碎經由BT合成步驟所產生之BT而獲得(BT粉碎步驟)。然而,BT粉碎步驟可省略。BT粉碎步驟可藉由使用粉碎機諸如珠磨機、磨碎機或球磨機用預定介質進行濕式粉碎或藉由使用原料之間的碰撞或當不使用介質時用粉碎機(諸如噴磨機或盤磨機)之摩擦力進行乾式粉碎來進行。BT粉碎步驟係出於BT顆粒之去成團而進行並且在進行濕式粉碎之後需要額外的乾燥處理,但特別受限之設備並非乾燥處理所必需的。當具有極高粉碎效率之設備用於BT粉碎步驟中時,隨著BT顆粒之破壞可產生大量細粉,且因此BT顆粒之粒度分佈及結晶度可變差。因此,僅僅BT顆粒之間的縮頸可藉由盡可能
減小粉碎力來拆開,而不會破壞BT顆粒。
根據本發明之另一態樣,BT係藉由使用製備BT之方法來製備,該方法包括製備BTO之方法。
由BT形成之BT粉末可包括10wt%或更少之團塊。在本說明書中,術語「團塊」表示當BT分散液藉由將預定量(例如5g)之BT粉末分散在乙醇(例如150ml乙醇)中來製備並且藉由使用計量泵將BT分散液注入且濾過篩孔尺寸為14μm之過濾機時不穿過過濾機以便保留在過濾機上的物質。
在下文中,本發明將參考下列實施例進一步詳細地描述。該等實施例僅出於說明性目的且不欲限制本發明之範疇。
實施例
實施例1至5及比較例1至4
(合成及老化BTO)
將1320L濃度為1mol/L之氯化鋇水溶液及1200L濃度為1mol/L之四氯化鈦水溶液在4M3玻璃襯裡之反應槽中混合以製備混合物水溶液。接著,將該混合物水溶液藉由使用全錐型噴嘴以2.5L/min之速率噴霧於2520L濃度為1mol/L之草酸水溶液中,該草酸水溶液經預先製備並且填充於6M3反應器中。當進行噴嘴噴霧時,隔膜泵用於供應混合物水溶液。此處,混合物水溶液經噴霧同時藉由使用攪拌器攪拌草酸水溶液,並且攪拌器之攪拌速率維持在150rpm下。草酸水溶液之溫度維持在70℃下。
在逐滴添加混合物水溶液2小時之後,維持反應溫度(亦即草酸水溶液之溫度)1小時,接著將反應器內容物風冷同時維持攪拌以便老化1小時。結果,獲得含有BTO之BTO漿料。
(過濾所合成之BTO漿料及洗滌所分離之BTO)
藉由使用離心機過濾由此製備之BTO漿料以分離BTO,且將所分離之BTO用過量水洗滌以使廢棄洗滌溶液之pH值達到3或3以上,並且因此獲得經洗滌之BTO。
(濕式粉碎及乾燥經洗滌之BTO)
將50kg BTO、250kg去離子水以及0.5kg 29vol%氨溶液(8.4莫耳份,以100莫耳份BTO計)添加至混合槽中並且攪拌以產生漿料。此處,漿料之pH值為4.5。接著,將BTO藉由使用容量為20L之水平型珠磨機(介質:去離子水)濕式粉碎以具有5μm或更小之最大粒徑。在粉碎之後,漿料之pH值為5.1且漿料之黏度為1800cP。將由此獲得的BTO漿料在200℃之溫度下在烘箱中乾燥12小時以製備BTO粉末。
(乾式粉碎經乾燥之BTO)
將經乾燥之BTO以4kg/h之速率注入錘磨機(DGHSM-2,Daega Powder Systems Co.,Ltd.)、空氣分級磨機(BCM-T1-00,Best PTS Inc.)或噴磨機(STJ-560,SEISHIN ENTERPRISE Co.,Ltd.)中且由此進行乾式粉碎。結果,獲得經乾式粉碎之BTO。在每個實施例及比較例中選擇的錘磨機之轉子轉速、空氣分級磨機之轉子轉速
以及噴磨機之氣壓顯示於表1中。
(熱處理、濕式粉碎以及乾燥)
將經乾式粉碎之BTO粉末置於電爐(RHK,ONEJOON)中且在930℃之溫度下熱處理3小時。結果,獲得BT粉末。接著,將BT粉末藉由使用20L水平型珠磨機(介質:去離子水)在5m/s(亦即1500rpm)之圓周速度下濕式粉碎30分鐘。將藉由進行濕式粉碎所製備之BT漿料在150℃之溫度下在烘箱中乾燥24小時。結果,獲得BT粉末。
評估實施例
評估實施例1:經乾式粉碎之BTO之容積密度的評估
量測在實施例1至5及比較例1至4中所製備之經乾式粉碎之BTO之容積密度,且結果顯示於表2中。詳言之,經乾式粉碎之BTO(亦即BTO粉末)之容積密度係根據ISO 23145-1標準來量測。
評估實施例2:BTO粒徑之量測
量測在實施例1至5及比較例1至4中所製備之經乾式粉碎之BTO之粒徑(PSA D10、PSA D50以及PSA D90),且結果顯示於表2中。此處,粒徑(PSA D10、PSA D50以及PSA D90)藉由使用粒徑分析器(Mastersizer2000,Malvern Instruments)來量測。
參看表2,在實施例1至5中所製備之BTO具有小於在比較例1至4中所製備之BTO的粒徑(PSA D10、PSA D50以及PSA D90)。
評估實施例3:所合成之BT之結晶度(k因數及c/a)的評估
在實施例1至5及比較例1至4中合成的BT之結晶度(k因數及c/a)藉由使用XRD(D/Max 2000系列,Rigaku)來量測,並且結果顯示於表3中。特定而言,所合成之BT之結晶度係在包括以下之XRD分析條件下關於2θ=44.5°至46°之範圍來分析:2秒/步之掃描速度及0.02之步長,電壓為40kV且電流為200mA。接著,在如圖5所示之
XRD圖譜中,BT顆粒之k因數經計算為四方相分數(It)與立方相分數(Ic)之比率(It/Ic)。同樣,計算晶格之a軸及c軸之d間距值,且接著將BT顆粒之c/a計算為其比率。結果顯示於表3中。圖5說明在實施例2及5以及比較例3中所製備之BT的XRD圖譜。
評估實施例4:所合成之BT之粒徑的量測(SEM D50)
量測在實施例1至5及比較例1至4中完成乾燥之後製備及獲得的BT顆粒之粒徑(SEM D50),且結果顯示於表3中。此處,經乾燥之BT顆粒之圖像藉由使用SEM(JSM-7400F,Jeol USA,Inc.)獲得,平均粒徑(每個均為各BT顆粒之最長軸及最短軸之平均值)藉由使用圖像分析程式(Image-Pro Plus版本4.5,Media Cybernetics)來計算,且BT粒徑(SEM D50)係根據平均粒徑來計算,並且用於量測之BT顆粒之數目為500或500以上。
評估實施例5:所合成之BT之比表面積的評估
在實施例1至5及比較例1至4中合成的BT之比表面積藉由使用比表面積量測器(Macsorb HM-1220,Mountech)來分析,並且結果顯示於表3中。
評估實施例6:在所合成之BT粉末中團塊之量的評估
分析在實施例1至5及比較例1至4中所合成之BT粉末中的團塊之量,且結果顯示於表3中。特定地,將5g在實施例1至5及比較例1至4之一者中所合成之BT粉末分散在150ml乙醇中以製備BT分散劑,且將BT分散劑藉由使用計量泵(7528-10S,Masterflex)注入並濾過篩
孔尺寸為14μm之過濾機(不銹鋼篩孔,Ildong Wire Cloth Co.)。隨後,以公克計來量測保留在過濾機上未過濾之物質之量(WR)。接著,團塊之量根據方程式1來計算。
[方程式1]團塊之量(wt%)=WR/5 * 100
參看表3,在實施例1至5中所製備之BT粉末與在比較例1至4中所製備之BT粉末相比具有較高結晶度(k因數及c/a)、較小粒徑(SEM D50)、較大比表面積以及非常較少量之團塊。
評估實施例7:BTO粉末之SEM評估
獲得在乾式粉碎之前及之後的BTO粉末之SEM圖像且顯示於圖2中。在圖2中,(a)為在乾式粉碎之前在實施例1中所製備之BTO粉末之SEM圖像,(b)為在乾式粉碎之後在比較例3中所製備之BTO粉末之SEM圖像,(c)為在乾式粉碎之後在實施例2中所製備之BTO粉末之SEM圖像,以及(d)為在乾式粉碎之後在實施例5中所製備之BTO粉末之SEM圖像。
參看圖2,在乾式粉碎之後在實施例2及5中所製備之BTO粉末((c)及(d))與在乾式粉碎之前的BTO粉末((a))及在乾式粉碎之後在比較例3中所製備之BTO粉末((b))相比具有顯著少量之團塊。
評估實施例8:BT團塊之圖像評估
獲得在以用於評估實施例6中相同之方式製備及過濾BT分散劑之後保留在過濾機上的團塊之圖像,且結果顯示於圖3中。在圖2中,(a)為當使用在乾式粉碎之前在實施例中所製備之BT粉末,(b)為當使用在乾式粉碎之後在比較例3中所製備之BT粉末,(c)為當使用在乾式粉碎之後在實施例2中所製備之BT粉末,以及(d)為當使用在乾式粉碎之後在實施例5中所製備之BT粉末。
參看圖3,在乾式粉碎之後在實施例2及5中所製備之BT粉末((c)及(d))與在乾式粉碎之前的BT粉末((a))及在乾式粉碎之後在比較例3中所製備之BT粉末((b))相比具有顯著少量之團塊。
評估實施例9:BT粉末之SEM評估
獲得在乾式粉碎之前及之後藉由熱處理BTO粉末獲得的BT粉末之SEM圖像,且結果顯示於圖4中。在圖4中,(a)為藉由直接熱處理在乾式粉碎之前在實施例1中所製備之BTO粉末而獲得的BT粉末,(b)為在比較例3中所製備之BT粉末,(c)為在實施例2中所製備之BT粉末,以及(d)為在實施例5中所製備之BT粉末。
參看圖4,在實施例2及5中所製備之BT粉末((c)及(d))與在乾式粉碎之前藉由直接熱處理BTO粉末而獲得的BT粉末((a))及在比較例3中所製備之BT粉末((b))相比具有相似粒度但顯著少量之團塊。
雖然本發明已參考附圖及其示範性實施例特別地展示及描述,但熟習此項技術者應理解在形式及細節上的各種變化可在沒有偏離如以下申請專利範圍所限定的本發明之精神及範疇的情況下在其中做出。
Claims (10)
- 一種草酸氧鈦鋇(BTO)製備方法,該方法包含:製備鋇化合物溶液、鈦化合物溶液以及草酸溶液(原料溶液製備步驟);藉由將該鋇化合物溶液及該鈦化合物溶液與該草酸溶液接觸來合成BTO(BaTiO(C2O4)2.4H2O)(BTO合成步驟);濕式粉碎該合成之BTO(BTO濕式粉碎步驟);乾燥該經濕式粉碎之BTO以獲得BTO粉末(BTO乾燥步驟);以及乾式粉碎該經乾燥之BTO粉末(BTO乾式粉碎步驟),其中進行該BTO乾式粉碎步驟直至該經乾式粉碎之BTO之容積密度達到在0.2g/cm3至0.50g/cm3之範圍內。
- 如請求項1所記載之方法,其中該鋇化合物溶液藉由將選自由氯化鋇(BaCl2)、硝酸鋇(Ba(NO3)2)及高氯酸鋇(Ba(ClO4)2)組成之群的至少一種鋇化合物溶解於水中來製備,該鈦化合物溶液藉由將氯氧化鈦(TiOCl2)及四氯化鈦(TiCl4)之至少一種鈦化合物溶解於水中來製備,並且該草酸溶液藉由將草酸溶解於水中來製備。
- 如請求項1所記載之方法,其中該BTO合成步驟在20℃至100℃之合成溫度下進行。
- 如請求項1所記載之方法,其中該BTO乾式粉碎步驟藉由使用至少一種選自由以下組成之群的粉碎機來進行:錘磨機、空氣分級磨機(ACM)以及噴磨機。
- 如請求項1所記載之方法,其中該經乾式粉碎之BTO具有2.5μm或更小之粒徑(PSA D50)及8.0μm或更小之粒徑(PSA D90)。
- 如請求項1所記載之方法,其進一步包含在該BTO合成步驟與該BTO濕式粉碎步驟之間:老化該合成之BTO;藉由過濾分離該老化之BTO;以及用過量水洗滌該分離之BTO。
- 一種鈦酸鋇(BaTiO3)製備方法,該方法包含藉由在800℃至1000℃之溫度下熱處理根據請求項1至6中任一項所製備之BTO來合成鈦酸鋇(BT)(BT合成步驟)。
- 如請求項7所記載之方法,其進一步包含在該BT合成步驟之後粉碎該合成之BT(BT粉碎步驟)。
- 一種藉由使用如請求項7所記載之方法製備之鈦酸鋇。
- 如請求項9所記載之鈦酸鋇,其中由該BT形成之BT粉末包含10wt%或更小之量的團塊。
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