Особливості синтезу титанату барію оксалатним методом

Аннотация

С.В. Архіпов, В.В. Приседський, В.М. Погібко - Особливості синтезу титанату барію оксалатним методом В даній роботі наведено основні відомості про оксалатний метод отримання титатану барію та дані про досліження механізму термолізу прекурсору.

Особливості синтезу титанату барію оксалатним методом

Титанат барію є важливим функціональним матеріалом сучасної електронної техніки. Він має сегнетоелектричні та п’єзоелектричні властивості. Прогрес у сучасній техниці значною мірою визначається наявністю таких матеріалів, що здатні надійно працювати у широкому діапазоні умов, у тому числі – в екстремальних.

Метою роботи є вдосконалення технології синтезу титанату барію шляхом розробки технологічної схеми отримання BaTiO₃ оксалатним методом. Оксалатний метод надає можливість одержання матеріалів у наноструктурному стані. Оксалатний метод полягає у виділенні з розчинів важкорозчинних щавлево-кислих комплексів, що містять Ва та Ti, з їх подальшим термічним розкладом. Проаналізовано літературні дані про оксалатний метод синтезу складних оксидів із структурою перовскіту і встановлено наступні його переваги:

отримання більш чистого матеріалу;

більш точне регулювання складу;

можливість отримання кристалів в нанодіапазоні;

зниження температури синтезу і спікання.

В якості вихідної сировини в оксалатному методі отримання титанату барію використовують: тетрахлорид тітану (TiCl₄), кислоту щавлеву х.ч. (H₂C₂O₄), барій хлористий х.ч. (BaCl₂), аміак х.ч. (NH₃), вода дистильована (H₂O).

Рентгенофазові дослідження проводили на дифрактометрі ДРОН-3 на фільтрованому СuК_α – випромінюванні. Дифрактограми отримували при швидкості сканування 0,5-2,0 град./мін. в інтервалі кутів 10<θ<300. Для отримання дифрактограми з виразними вузькими лініями зразки для зйомки готували нанесенням на тонкий клейкий шар невеликої кількості дрібнодисперсного порошку.

Рентгенофазовий аналіз у даній роботі використовували для знаходження оптимальних умов синтезу наноструктурної кераміки, контролю повноти проходження твердофазного синтезу, визначення областей гомогенності в досліджуваній системі. ІЧ-спектри знімали на спектрометрі Brucker Tenzor № 27. Термічний аналіз (ДТА і ТГ) проводили на деріватографі Paulic-Paulic-Erdei.

За результатами термічного аналізу (рис. 1) встановлено, що в процесі термодеструкції оксалатного прекурсору титанату барію при температурі вище 280 °С утворюється проміжна сполука Ba[TiO(C₂O₄)СО₃], яке в інтервалі температур 330 – 460 °С розкладається по двом паралельним механізмам з утворенням нестійких продуктів Ba[ТіО₂СО₃] і Ba[TiO₂C₂O₄], які розпадаються на (α-ВаСО₃ + TiO₂) і (BaO + TiOC₂O₄) відповідно.

Дані РФА показали, що продукт термічного розкладання при 400 °С переважно знаходиться в рентгеноаморфному стані. На цій дифрактограмі є також смуги поглинання ромбічної модифікацією карбонату барію: α-ВаСО3.

На ІЧ-спектрах (рис. 2) спостерігаються смуги поглинання, відповідні групам СО₃^2- і C₂O₄^2-.

На основі досліджених залежностей встановлено умови і проведено синтез титанату барію оксалатним методом. Синтез включає такі стадії:

1. приготування вихідних розчинів;
2. осадження титанілоксалату барію;
3. фільтрація суспензії і промивання осаду титанілоксалату барію;
4. сушіння і прожарювання пасти титанілоксалату барію (термічне розкладання).

Зіставлення отриманих фізичних характеристик титанату барію з технічними вимогами дозволяє зробити висновок, що оксалатний метод значно покращує отриману діелектричну проникність титанату барію і тангенс кута діелектричних втрат. Всі ці отримані фізичні характеристики сприяють використанню синтезованого титанату барію в виробництві конденсаторних і релаксаторних матеріалів.