固相烧结法制备钛酸钡陶瓷材料课程设计
实验一固相法（solid-phasemethod）合成粉体
实验一固相法（solid-phase method）合成粉体粉体（powder）是大量固体粒子的集合系，是在物质本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态颗粒，但具有与固体不尽相同的性质。
粉体的特性，诸如颗粒度、颗粒形状、粒度分布、比表面积、团聚状态、吸附性质等对技术陶瓷的烧结性及显微结构有着决定性的影响，从而影响技术陶瓷的性能。
因此，制备质量优良的粉体是获得性能优越的技术陶瓷制品的重要基础。
固相法是制备技术陶瓷粉体的重要方法之一，主要通过固相反应得到粉体。
固相法制备粉体技术在技术陶瓷粉体的工业生产中，应用非常广泛。
固相法制备的粉体颗粒一般为几个微米~数十微米之间。
下面以BaTiO3粉体的制备为例，介绍固相法制备粉体的工艺过程。
一．原料碳酸钡（BaCO3) ，分析纯：二氧化钛（TiO2），分析纯。
二．仪器和设备氧化铝坩埚，烧杯，球磨机，高温炉（硅碳棒作发热体，Tmax = 1350 ℃，Pt-Rh-Pt热电偶测温）, 干噪箱，电子天平。
三．实验步骤1 ．配料计算预制备20 克BaTiO3粉体，计算所需要的BaCO3和TiO2用量。
其中，Ba /Ti （摩尔比）= l : 1 。
2 ．称料在电子天平上分别称取所需要的BaCO3和TiO2，精确到0.01 克，放入烧杯中备用。
3 ．混料采用湿式球磨混合的方法，将BaCO3和TiO2粉末原料进行充分混合。
球磨过程中，应采用玛瑙球，盛料容器应选用玻璃质或塑料质，避免使用铁质容器，以免铁质等受主杂质的混入，对BaTiO3陶瓷的电学性能产生不利影响。
料：球：水（质量比）=1 : l.5 : 2 ，球磨时间为20 -24 小时。
所用的水选用蒸馏水。
4 ，干燥将经球磨混合的原料放入烧杯中，然后在干燥箱中进行干燥处理：T=105℃，t = 12h 。
5 ．焙烧将干混合料放入坩埚中，然后移入高温炉中进行熔烧。
焙烧的温度和时间为：T =1100-1150 ℃，t =2-4h，从而得到BaTiO3粉体。
无机非金属材料综合实验指导书
实验项目一：无机陶瓷粉体制备一、实验目的（1）掌握钛酸钡陶瓷粉体制备工艺和实验操作（2）了解粉磨过程和粉磨原理，（3）掌握高效率粉磨的操作方法和影响粉磨效率的主要因素二、实验原理1、钛酸钡陶瓷简介：电子陶瓷用钛酸钡粉体超细粉体技术是当今高科技材料领域方兴未艾的新兴产业之一。
由于其具有的高科技含量，粉体细化后产生的材料功能的特异性，使之成为新技术革命的基础产业。
钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料，高纯超细钛酸钡粉体主要用于介质陶瓷、敏感陶瓷的制造，钛酸钡(BaTiO3)是最早发现的一种具有ABO3型钙钛矿晶体结构的典型铁电体,它具有高介电常数,低的介质损耗及铁电,压电和正温度系数效应等优异的电学性能,被广泛应用于制备高介陶瓷电容器,多层陶瓷电容器,PTC热敏电阻,动态随机存储器,谐振器,超声探测器,温控传感器等,被誉为"电子陶瓷工业的支柱". 近年来,随着电子工业的发展,对陶瓷元件提出了高精度,高可靠性,小型化的要求. 为了制造高质量的陶瓷元件,关键之一就是要实现粉末原料的超细,高纯和粒径分布均匀. 研究可以制备粒径可控, 粒径分布窄及分散性好的钛酸钡粉体材料的方法且能够大量生产成为了一个研究热点.目前钛酸钡粉体的制备工艺有多种：固相合成法、化学沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法等，本实验采取的是球磨法。
2、球磨机粉磨原理球磨是最常用的一种粉碎和混合装置。
被粉碎的物料和球磨介质(亦称料和球)装在一个圆筒形球磨罐中。
球磨罐旋转时，带动球撞击和研磨物料，达到粉碎的目的。
影响球磨效果的因素：一般来说，球磨机转速越大，粉碎效率越高，但当球磨机转速超过临界转速时就失去粉碎作用。
另外，影响球磨效果的因素还有：（1）助磨剂。
当物料球磨至一定细度后，由于已粉碎的细粉对大颗粒的粉碎起缓冲作用，较大颗粒难于进一步粉碎，继续球磨的效率将显著降低。
为使物料达到预期的细度，常常加入助磨剂来解决这一问题。
钛酸钡的制备方法
钛酸钡的制备方法
钛酸钡是一种无机化合物，化学式为BaTiO3，具有良好的介电性能和压电性能，在电子学和通信方面有广泛的应用。
本文将介绍钛酸钡的制备方法，包括溶胶-凝胶法、水热法、固相反应法等多种方法。
1. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种通过水热反应制备钛酸钡的方法。
首先将钛酸四丙酯和钡丙酸盐在醇水溶液中混合，并加入分散剂，形成均匀的溶胶。
然后在高温高压条件下进行凝胶化反应，得到粉末状的前驱体。
最后，在高温下进行烧结得到钛酸钡。
这种方法能够制备出具有高纯度和均匀颗粒大小的钛酸钡。
2. 水热法
3. 固相反应法
固相反应法是一种传统的制备钛酸钡的方法。
首先将氧化钛和碳酸钡在高温下进行固相反应，生成钛酸钡和二氧化碳。
然后通过水洗和烘干等步骤处理得到钛酸钡粉末。
这种方法易于操作，但需要高温条件，且制备的钛酸钡粉末大小不一。
总之，钛酸钡具有广泛的应用前景，制备方法也有多种，可以根据不同的需要选择合适的方法。
随着科技的不断发展，钛酸钡的制备方法也会不断更新和改进。
添加钬之钛酸钡陶瓷的制备、分析、及介电性质 - 陶瓷研究室
中文摘要
鈦酸鋇具有良好的鐵電性，而被應用於製作多層陶瓷電容器。
由於卑金屬電極製程的出現，始有利用添加離子的方式來改善電容器之可靠度，其中尤以具有兩性取代行為之三價稀土元素為最，但過去的文獻中大多是以多種離子添加的成分為研究對象。
此研究乃針對單獨添加稀土元素鈥於鈦酸鋇，以不同鋇鈦比例與添加量探討其坯體之燒結行為、取代作用與介電性質。
本研究以固態反應法合成鈥離子添加之鈦酸鋇。
利用熱膨脹儀分析其燒結收縮曲線配合燒結體密度量測與SEM分析結果得知Ba/Ti < 1的成分具有液相燒結行為，長時間的持溫將降低其燒結體密度；Ba/Ti ≧ 1的成分則在高添加量產生液相燒結行為，最大燒結收縮速率溫度則隨添加量增加而升高。
鈥的添加量小於2.00 at.%時，即具有兩性取代行為，但可能傾向取代鋇位置，之後的添加量則取代鈦位置。
鈥的固溶量受到鋇鈦比影響，Ba/Ti < 1的成分具有較低的固溶量，約僅有2.00 at.%，而Ba/Ti ≧ 1的成分固溶量可達到10.00 at.%。
在介電性質方面，Ba/Ti < 1的成分因為具有較多的富鈦第二相，綜合來說其介電常數較低。
所有系列於鈥添加量為0.25 at.%時，具有晶界能障效應而使介電常數值大幅增加。
居里點則隨鈥添加量增加而下降，於5 at.%的添加量時，居里點平移至室溫，並且造成介電常數峰的寬化。
钛酸钡
钛酸钡A 制取方法在TiO2—Ba0体系中，通过控制不同的钛钡比可制取偏钛酸钡(BaTiO3)、正钛酸钡(Ba2TiO4)、二钛酸钡(BaTi2O5)和多钛酸钡(BaTi3O7、BaTi4O9等)，其中以偏钛酸钡最有应用价值。
制取偏钛酸钡的方法很多，可归纳为固相法和液相法两类。
固相法一般是以TiO2和BaCO3按摩尔比1：1混合，并可适当压制成形，放入1300℃左右氧化气氛炉中焙烧，其反应式为：TiO2十BaCO3＝BaTiO3十CO2↑ (2—196)反应产物经破碎磨细为产品。
作为电子陶瓷材料使用的偏钛酸钡，在其生产中不希望有其他几种钛酸钡生成，所以原料的配比必须准确和混合均匀，这是该法的难点之一。
固相法产品因受原料纯度和制备过程的污染，一般纯度较低，活性较差，且较难磨细成超细粉。
液相法是以精制的四氯化钛和氯化钡为原料，使它们与草酸反应生成草酸盐Ba(TiO)(C2O4)2·4H2O沉淀，经焙烧获得偏钛酸钡。
液相法可获得高纯度、高活性和超细的产品，产品中钛钡比可达到很精确的程度。
我国已能用这种方法生产质量较好的适合于功能陶瓷使用的钛酸钡，但有待进一步改进工艺设备以提高产品质量的稳定性。
B 性质偏钛酸钡有四种不同的晶型，各具有不同的性质。
高于122℃稳定的是立方晶型，它不是一种强性电解质。
122℃是偏钛酸钡的居里点。
5～l 20℃下稳定的是正方晶型，它是一种强性电解质。
+5～-90℃下稳定的是斜方晶型，它也是一种强性电解质。
低于-90℃下稳定的是斜方六面体，它会发生极化。
偏钛酸钡是白色晶体，密度6．08 g/cm3，熔点1618℃，不溶于水，在热浓酸中分解。
偏钛酸钡可与其同素异形体、铬锆酸盐、铪酸盐等形成连续固溶体，这些固溶体具有强性电解质性质。
C 应用由于偏钛酸钡具有极高的介电常数、耐压和绝缘性能优异，是制造陶瓷电容器和其他功能陶瓷的重要原料。
用偏钛酸钡制造的电子陶瓷元件已在无线电、电视和通信设备中大量使用，使设备的性能提高和小型化，成为高频电路元件中不可缺少的材料。
钛酸钡及改性陶瓷材料的制备与电磁性能研究的开题报告
钛酸钡及改性陶瓷材料的制备与电磁性能研究的开
题报告
一、选题背景和意义
随着现代科技的不断进步，电磁波的应用范围越来越广泛，如通信、雷达、导航、无线电等。
相比传统金属材料，钛酸钡及改性陶瓷材料有
着更好的电磁性能，适用于电磁波吸收、屏蔽等领域。
因此，钛酸钡及
改性陶瓷材料的制备及其电磁性能研究具有重要的应用和理论意义。
二、研究内容和方法
本文将以钛酸钡及改性陶瓷材料的制备和电磁性能研究为主要研究
内容。
主要方法包括：
1.钛酸钡及改性陶瓷材料的制备：利用溶胶-凝胶法、水热法或共沉
淀法等方法制备具有不同形态、晶型和粒径的钛酸钡粉体，然后通过固
相烧结或微波烧结等方法得到陶瓷材料。
2.电磁性能测试：采用矢量网络分析仪进行电磁参数测试，包括反
射损耗、复介电常数、复磁导率等。
3.结构分析：采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等方法对样品的晶相结构、形貌和微观结构进行表征。
三、预期结果和意义
预计能够制备出具有不同形态、晶型和粒径的钛酸钡及改性陶瓷材料，同时探索制备工艺对材料电磁性能的影响。
通过对制备的陶瓷材料
进行电磁性能测试，比较其反射损耗、吸收带宽等指标，进一步探究其
电磁吸收机理。
通过该研究，可以为电磁波吸收、屏蔽等应用领域提供
更优秀的材料选择，同时深入理解材料的电磁性能，有助于材料的进一
步开发和应用。
烧结温度对钛酸钡陶瓷铁电性能的影响
烧结温度对钛酸钡陶瓷铁电性能的影响官钰洁【摘要】采用传统固相反应方法在系列烧结温度下烧结制备了钛酸钡陶瓷,并对陶瓷样品的晶体结构、微观形貌和铁电性能进行了测试和分析.结果表明,钛酸钡陶瓷在1250~1350 ℃均可烧结,且无杂相.且随着烧结温度的升高,钛酸钡陶瓷样品的晶格常数和晶胞体积逐渐增大,剩余极化强度逐渐增大,矫顽场先减少而后增大.%The barium titanate ceramics were fabricated by conventional solid state reaction method and sintered at different temperatures.X-ray diffraction,scanning electron microscopy and radiant multiferroics test system were used to investi-gate the crystal structure,surface morphology and ferroelectric properties.The results show that all the samples sintering at the temperature range from 1 250 ℃ to 1 350 ℃ have a purity phase.Further detailed analysis found that the lattice pa-rameters and the cell volume of the samples have been significantly enlarged with the rise of sintering temperature.The fer-roelec tricproperty analysis results show thatas the sintering temperature increases,the coercive field of barium titanate ce-ramics first decreases and then increases,while the remnant polarization increases.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】5页(P24-28)【关键词】钛酸钡陶瓷;烧结温度;铁电性能【作者】官钰洁【作者单位】佛山欧神诺陶瓷有限公司广东佛山 528138【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75前言钛酸钡(BaTiO3)及钛酸钡基陶瓷材料是常见的铁电压电陶瓷，自1942年发现其具有良好铁电性能以来，钛酸钡的研究历史已经超过了半个世纪。
钛酸钡粉体制备
钛酸钡纳米粉体的制备方法摘要：钛酸钡粉体是陶瓷工业的重要原料，本文将简要介绍钛酸钡纳米粉体的一些制备工业，如固相法、水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法等。
关键词：钛酸钡；粉体;制备方法；1.引言钛酸钡是制备陶瓷电容器和热敏电阻器等许多介电材料和压电材料的主要原料, 近几年来, 随着陶瓷工业和电子工业的快速发展,BaTiO3 的需求量将不断增加，对其质量要求也越来越高。
制备高纯、超细粉体材料是提高电子陶瓷材料性能的主要途径。
所以高纯、均匀、超细乃至纳米化钛酸钡的制备研究一直是各国科学家的研究重点。
钛酸钡的应用越来越广泛。
目前制备钛酸钡的方法主要有:共沉淀法、溶胶- 凝胶法、固相法、反相微乳液法、水热法。
2.钛酸钡粉体的制备工艺2.1固相研磨-低温煅烧法传统钛酸钡的制备主要采用高温煅烧碳酸钡和二氧化钛的混合物或高温煅烧草酸氧钛钡的方法, 它是我国目前工业制备钛酸钡的主要方法, 但由于煅烧温度高达1000~ 1200℃, 因而制得的粉体硬团聚严重、颗粒大而粒度分布不均匀, 纯度低, 烧结性能差。
朱启安[1]等采用室温下将氢氧化钡与钛酸丁酯混合研磨, 再在较低温度( < 300 ℃) 下煅烧的方法制得了钡钛物质的量比约为1. 0、颗粒大小分布均匀、粒径在15~ 20nm 的钛酸钡纳米粉体, 既克服了高温固相煅烧法反应温度高、产品质量低的缺点, 又克服了液相法在水溶液中制备易引入杂质、粒子易团聚等缺点其煅烧温度比传统的固相反应法降低了约700 ~900℃2.2水热法合成水热合成是指在密封体系如高压釜中, 以水为溶剂, 在一定的温度和水的自生压力下, 原始混合物进行反应的一种合成方法。
由于在高温、高压水热条件下, 能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境, 使前驱物在反应系统中得到充分的溶解, 并达到一定的过饱和度, 从而形成原子或分子生长基元, 进行成核结晶生成粉体或纳米晶[2]。
水热法制备的粉体, 晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚, 可以得到理想化学计量组成的材料, 其颗粒度可控, 原料较便宜, 生成成本低。
细晶钛酸钡陶瓷的烧结方法_肖长江
第28卷第1期 硅 酸 盐 通 报 V o l .28 N o .1 2009年2月 B U L L E T I N O F T H E C H I N E S E C E R A M I C S O C I E T Y F e b r u a r y ,2009 细晶钛酸钡陶瓷的烧结方法肖长江1,刘春太2(1.河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450007;2.郑州大学橡塑模具国家工程研究中心,郑州 450002)摘要:本文用两步法、两段法、高压成型常压烧结、高压烧结和掺杂烧结等特殊方法烧结得到了细晶钛酸钡陶瓷,它们的烧结温度低于常规烧结的温度。
用扫描电子显微镜观测了陶瓷的显微结构。
结果表明:用这些特殊方法烧结得到的陶瓷的晶粒尺寸远小于常规法烧结得到的钛酸钡陶瓷的尺寸。
此外,对它们的烧结机理进行了简单的解释。
关键词:B a T i O 3;细晶陶瓷;烧结方法;显微结构中图分类号:T B 174 文献标识码:A 文章编号:1001-1625(2009)01-0113-04T h e S i n t e r i n g A p p r o a c h e s o f F i n e -g r a i n e d B a T i O 3Ce r a m i c s X I A OC h a n g -j i a n g 1,L I UC h u n -t a i2(1.D e p a r t m e n t o f M a t e r i a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,H e n a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,Z h e n g z h o u 450007,C h i n a ;2.N E R Co f A P P T ,Z h e n g z h o uU n i v e r s i t y ,Z h e n g z h o u 450002,C h i n a )A b s t r a c t :D e n s ef i n e -g r a i n e dB a T i O 3ce r a m i c sw e r ep r e p a r e d u s i n g t w o -s t e p s i n t e r i n g ,t w o -s t a g e s i n t e r i n g ,m o l d i n g a t h i g h p r e s s u r e a n ds i n t e r i n g a t a m b i e n t p r e s s u r e ,h i g hp r e s s u r es i n t e r i n g ,d o p i n g s i n t e r i n g .T h e s i n t e r i n g t e m p e r a t u r e s of s p e c i a l s i n t e r i ng a p p r o a ch e s a r e l e s s t h a nt h a t o f c o n v e n ti o n a l s i n t e r i n g .T h e m i c r o s t r u c t u r e s w e r e o b s e r v e d b y s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y .T h e r e s u l t s i n d i c a t e dt h e g r a i n s i z e s o f B a T i O 3ce r a m i c s b y t h e s e s p e c i a l s i n t e r i n g a p p r o a c h e s a r e l e s s t h a nt h a t of c o n v e n t i o n a l s i n t e r i ng .I na d d i t i o n ,th e si n t e r i n g t h e o r i e so n t h es p e c i a l s i n t e r i n ga p p r o a c h e sa r e a l s o s i m p l y e x p l a i n e d .K e y w o r d s :B a T i O 3;f i n e -g r a i n e d c e r a m i c s ;s i n t e r i n g a p p r o a ch e s ;mi c r o s t r u c t u r e s .基金项目:河南工业大学博士启动基金项目(2007B S 012)作者简介:肖长江(1969-),男,博士,副教授.主要从事高压材料合成、功能材料与纳米材料的研究.E -m a i l :c j x i a o @h a u t .e d u .c n1 引 言B a T i O 3是一种广为人知的铁电材料,在室温时有很高的介电常数和低的损耗,被广泛地应用于电子工业中,特别是多层陶瓷电容器(M LC C )中。
铁电陶瓷材料工艺
样品的制备及测试仪器(钛酸锶钡)本实验采用传统的固相反应法制备铁电陶瓷材料，具体工艺流程如下：1 原料选择与处理实验所用的原料纯度和特性如下表所示。
其中BaCO3、TiO2在配方中所占的比例较大，Na2CO3吸湿性较强，为保证化学计量比精确，称量前将这些粉料应先放在烘箱中烘干。
表2-1 原料的相关特性这些原料有如下特性[29][30]在1450 ℃时，BaCO3分解为BaO，CO2，在TiO2参与下，BaCO3在650 ℃时就开始分解，至1020 -1060℃时分解结束。
TiO2俗称钛白粉，是细分散的白色到浅黄色粉末，它有三种晶型：四方晶系（650℃以下）、斜方晶系（650-915℃）、三方晶系（915℃以上）。
Na2CO3俗称苏打、纯碱，稳定性较强，在高温下分解成氧化钠和二氧化碳。
本实验反应方程式为：2x )1(x )1(325223CO )21(Nb Ti Na Ba CO Na 2O Nb 2TiO )1(BaCO )1(xx x x x x x -+→++-+--- （2-1）2．配料按化学计量式计算出配方中的各个物质所需的质量，再用德国A210P 电子天平仪(精度为0.1mg)称量原料。
先称量量较多的BaCO 3，再称量微量原料Na 2CO 3和Nb 2O 5，最后称量量较多的TiO 2，按顺序依次加入球磨罐中。
这样，可以防止微量原料沾在罐壁或玛瑙球上，造成坯料混合不均匀，影响实验精确度。
3. 混合球磨采用XQM-L 变频行星球磨机进行混合球磨。
加入相当于总粉料质量60%的超纯水湿磨混合，这样分散性、均匀性都较好。
球磨机的转速为200转/分钟，球磨时间为4h4. 预 烧用蒸馏水将球磨后粉料洗出，放入干燥箱中烘干，并将烘干后的粉末放入玛瑙钵中研磨均匀，再倒入坩埚，压紧，置于预烧炉中，进行预烧，预烧气氛为空气。
预烧结束后粉末随炉温自然冷却。
依据主要原料的分解温度和相关文献的报道，以及烧结炉的条件，本实验的预烧温度设定为1050-1100℃，升温速率为200℃/h ，保温2小时。
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固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料 1 固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料 1前言 ................................... 1 2材料结构 ............................... 1 3制备BTO陶瓷材料 ....................... 3 3.1 实验简介 ................................. 3 3.2 药品称量 ................................. 3 3.4 预烧 ..................................... 7 3.5 高温烧结制BTO粉体 ....................... 7 3.6 压片 ..................................... 8 3.7 高温烧结制备BTO块材 ..................... 8 4样品检测与分析 ......................... 8 5 参考文献 .............................. 9 固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料
1 1前言 钛酸钡是电子陶瓷材料的基础原料，被称为电子陶瓷业的支柱。它具有高介电常数、低介电损耗、优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，被广泛的应用于制造陶瓷敏感元件，尤其是正温度系数热敏电阻( ptc)、多层陶瓷电容器(MLccs)、热电元件、压电陶瓷、声纳、红外辐射探测元件、晶体陶瓷电容器、电光显示板、记忆材料、聚合物基复合材料以及涂层等。钛酸钡具有钙钛矿晶体结构，用于制造电子陶瓷材料的粉体粒径一般要求在100nm以内。因此BaTiO3粉体粒度、形貌的研究一直是国内外关注的焦点之一。
2材料结构
钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。在此温度以下，1460℃以上结晶出来的钛酸钡属于非铁电的六方晶系6/mmm点群。此时，六方晶系是稳定的。在1460~130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构。在此结构中Ti4+(钛离子)居于O2-(氧离子)构成的氧八面体中央，固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料 2 Ba2+(钡离子)则处于八个氧八面体围成的空隙中（见右图）。此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体无铁电性，也无压电性。 随着温度下降，晶体的对称性下降。当温度下降到130℃时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。在130~5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即[001]方向。钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c轴）拉长，而沿另两轴缩短。 当温度下降到5℃以下，在5~-90℃温区内，钛酸钡晶体转变成正交晶系mm2点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿原立方晶胞的面对角线[011]方向。为了方便起见，通常采用单斜晶系的参数来描述正交晶系的单胞。这样处理的好处是使我们很容易地从单胞中看出自发极化的情况。钛酸钡从四方晶系转变为正交晶系，其结构变化也不大。从晶胞来看，相当于原立方晶系的一根面对角线伸长了，另一根面对角线缩短了，c轴不变。 固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料
3 晶相转变 当温度继续下降到-90℃以下时，晶体由正交晶系转变为三斜晶系3m点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度方向与原立方晶胞的体对角线[111]方向平行。钛酸钡从正交晶系转变成三斜晶系，其结构变化也不大。从晶胞来看，相当于原立方晶胞的一根体对角线伸长了，另一根体对角线缩短了。 综上所述，在整个温区(<1618℃)，钛酸钡共有五种晶体结构，即六方、立方、四方、单斜、三斜，随着温度的降低，晶体的对称性越来越低。在130℃（即居里点）以上，钛酸钡晶体呈现顺电性，在130℃以下呈现铁电性。
3制备BTO陶瓷材料 3.1 实验简介 本试验采用固相烧结法制备BaTiO3陶瓷材料 ,所需药品为一定质量的BaCO3和TiO2，充分研磨后800℃预烧，研磨后1200℃烧结制备BTO粉体。冷却后研磨，加粘结剂PVC，压片成型，1400℃烧结。冷却后制得样品。
3.2 药品称量 每种药品的称量按以下三个步骤完成的：粗称──干燥──细称，固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料 4 粗称时只要求样品质量精确到0.01g,粗称好的样品应及时放入干燥箱内干燥，粗称的样品可能被长时间放置过，药品内可能物理吸附了一定量的水分，为了保证实验的准确性所以要对粗称后的样品进行干燥处理。本次试验中干燥使用高温恒温烘干箱 GHX系列,如图2－1所示。按下底座左下方的绿色按钮后，通过箱盖上的SET按钮以及表盘可以设置温度以及时间。 本次试验要求温度设置在120度，烘干两个小时，烘干时应注意以下两点：一、干燥样品前要保证干燥箱内清洁无污染，干燥前要用酒精擦拭干燥箱，若干燥箱长时间不用一定要在不内置样品的情况下干燥半小时。二、干燥结束后一定不要立即打开箱盖，否则样品会吸附空气中的水分，干燥两个小时后断电，让保温箱的温度自然冷却至室温再取出样品。
图2－1 GHX系列高温恒温烘干箱 图2-2 AB135-S型电子天平 固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料 5 细称是本次实验的最关键部分，它直接影响到样品的掺杂是否准确，进一步会影响到实验的准确性，所以细称时要求我们要严格按照天平上标注的使用方法进行，并且要保证换样品称量时要更换称量纸并且用酒精清洗药匙、镊子、称量瓶等用具，并详细登记所称质量，称量完毕后仍要对样品密封妥善保管，本次实验中粗称和细称都使用AB135-S型高精度物理分析天平，如图2-2所示。 AB135-S型电子天平精确度达到0.00001克，这就保证了实验的精确性与可信度。称量时对操作者的熟练程度有很高的要求：首先，要保持双手的清洁，以防止污染样品；其次，要把天平放在一个安静而稳定的实验台上，而且要避风。由于天平的精确度很高，微弱的振动甚至大声说话都能使天平失去平衡，稳定的实验台能为称量提供一个相对稳定的工作环境。具体的操作细则如下： 天平使用前要先调平。也就是让天平处于水平状态，通过调节天平底座下面的三个调节旋钮来实现，标准是让天平上面的水平仪中的水泡居中。 天平使用前要调零。调节天平右后面的调零旋钮让光标指零，若不能指零可调节里面的平衡螺母让光标指零。 打开天平防风玻璃，向吊盘内添加药品，添加的准确程度主要与操作者的熟练程度有关。当发现视野中的光标向下移动时停止加药品，待读数后再确定所加量。 加完药品后合上挡风玻璃，然后读数，若该值与我们所需值相同时，此次称量即算完成。 最后取出药品前先将制动旋钮制动，然后将天平砝码归零。 细称时应注意几个问题： 一、称量前要用湿抹布擦拭桌面，保持桌面干净。 固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料 6 二、桌上放两张白纸，一张放药匙，一张放药品，且每换一种药品都要换一次纸。 三、每次称量以“0”点消失时的数据为基准。 本过程需要制备BTO粉末2.77g,所需药品BaCO3和TiO2的量如表2-1所示。 表2-1 第一次称量所需药品质量 药品名称 BaCO3 TiO2 摩尔质量（g/mol） 197.34 79.88 纯度（%） 99.0 99.0 所需量（mol） 0.01 0.01 所需质量（g） 1.9933 0.8068 所称质量（g） 1.99353 0.80674 粗称质量（g） 2.5 1.5
3.3 研磨 本实验在预烧前后有两次研磨，在压片前有一次研磨，研磨使用如图2-3所示的玛瑙研钵，研磨目的是为了将各种药品混合均匀，并且让药品的颗粒尺寸足够小。研磨时一定要注意不要让药品撒出研钵，同时不要让杂质混入研钵。具体的要求就是研磨时禁止说话和走动，在样品没有混合均匀前禁止用药匙等其他物品搅拌，这样做是为了保证比例的稳定性，提高样品的纯度。另外，研钵在进行样品的研磨前一定要进行清洗，一般先用浓硝酸清洗，而后用水清洗，在水分蒸发完后再用酒精进行清洗，这样做能减少杂质的混入，提高样品的纯度。 固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料
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图2-3 玛瑙研钵实物图 图2-4 FW-4A型粉末压片机
3.4 预烧 研磨后将样品放入氧化铝制成的烧结舟中，并将烧结舟放在管式炉中间的20－30cm处均可。 预烧温度梯度：从室温120min升温至800℃，保温120min，自然降温至室温。
3.5 高温烧结制BTO粉体 将预烧后样品研磨充分，放入氧化铝制成的烧结舟中，并将烧结舟放在管式炉中间的20－30cm处均可。 烧结温度梯度：从室温240min升温至1200℃，保温24h，自然降温至室温 固相烧结法制备BaTiO3（BTO）陶瓷材料
8 3.6 压片 烧结后的样品重新研磨，加适量粘结剂PVC，将其压成直径为12～13mm、厚度为1.5～2mm的薄片。本实验所用压片机为FW-4A型粉末压片机，如图2-4所示： 我们分别采用不同压力（分别为8Mpa、10Mpa、 12Mpa、12Mpa、12Mpa、12Mpa），不同的压力保持时间（30s、60s、90s、120s、150s、180s）对各替代样品的预烧混合物进行压片，结果表明,压片压力为12MPa、压力持续时间为120s左右时，预烧混合物最易压片成型。压力过小、持续时间过短不易成片，样品松散；压力过大持续时间过长，样品容易产生裂纹，易破碎。压片完成后把样品包装好放入储藏瓶中以待烧结。 注意事项：首先要做好压片模具的清洁工作，这样可以保证待压片样品的纯度，避免杂质的混入。其次要保证所施压力的均匀性，压力点必须正对工具的正中心，且要慢慢施加压力，避免忽快忽慢，听到一声响，即表示压片完成（在工具底部要放上最干净的棉花），这样可以提高样品的成型率和成型质量。
3.7 高温烧结制备BTO块材 将样品放入氧化铝制成的烧结舟中，并将烧结舟放在管式炉中间的20－30cm处均可。 烧结温度梯度：从室温360min升温至1400℃，保温6h，自然降温至室温即可得BTO陶瓷材料样品 4样品检测与分析