鈦酸鋇是鈦酸鹽系列電子陶瓷的基礎原料，是電子陶瓷業的支柱。鈦酸鋇所具有高的介電常數和低介電損耗特點以及優良的鐵電、壓電、耐壓和絕緣性能，因此被廣泛地應用于制造陶瓷敏感元件，尤其是 PTC熱敏電阻，多層陶瓷電容器(MLCCs)，晶界層電容器，熱電元件，壓電陶瓷，聲納，傳感器，電光顯示板，聚合物基復合材料以及涂層等。

鈦酸鋇最早是由固相法合成的，早在 20 世紀 40 年代鈦酸鋇的鐵電性剛被發現時，德、日、美等國家已經采用了固相法合成鈦酸鋇粉體。因此可以說固相法是鈦酸鋇粉體合成中最早的方法。經過將近 80 年，固相法得到了廣泛深入的研究和應用，合成手段也多種多樣，可以分為傳統固相法、高能球磨法和燃燒法等。

（1）傳統固相法

傳統固相法以碳酸鋇和二氧化鈦為原料，進行長時間高溫（1000℃左右）煅燒反應生成鈦酸鋇，最后經粉碎、研磨工藝制得成品。反應方程式如下：

BaCO₃+TiO₂ → BaTiO₃ + CO₂

傳統固相法工藝簡單成熟，設備可靠，原料加工便宜，在很長時間里是工業用鈦酸鋇的主要合成手段。時至今日，在 200nm 以上的鈦酸鋇粉體的合成還有很大一部分是依靠固相法進行的。

納米級 BaCO₃和 TiO₂高溫煅燒8h 合成的鈦酸鋇粉體TEM 圖片

（2）高能球磨法

高能球磨法也是近年來固相法合成中常用的一種方法。該方法充分利用高能球磨過程中的機械力使原料產生的化學效應，使原料在迅速細化的同時發生一系列物理化學變化，引發原料的晶體結構產生各種缺陷，顯著提高了原料的化學活性，進而導致組分間的常溫或者低溫固相反應。高能球磨法始于20世紀70年代，以 1-5μm的BaO和2-4μm的TiO₂ 為反應原料，以氧化鋯球為球磨介質球磨4h可獲得晶粒尺寸在 20-50nm 的鈦酸鋇粉體。如圖所示。

以 BaO 和 TiO₂ 為原料球磨 4h 后獲得的鈦酸鋇粉體 TEM 照片

（3）自蔓延高溫合成法

自蔓延高溫合成法（簡稱 SHS）是一種利用反應物之間的化學反應熱的自加熱和自傳導作用來合成粉體的一種方法。一旦點燃反應物，燃燒就會自動向未反應區傳播，直到反應完全才會停止。整個過程除了初始點燃的能量外無需另外提供能量，因此耗能較低。反應可以采用過氧化鋇 BaO₂ 和金屬Ti 或者 TiO₂ 反應，方程式如下所示

BaO₂ + Ti + 1/2O₂ → BaTiO₃

2BaO₂ + TiO₂+ 1/2Ti → 2BaTiO₃

SHS 的優點在于耗能低，工藝簡單，生產效率較高，但是最大的問題在于一旦點燃反應物后就很難控制反應進行，而且反應實在很高的溫度下進行的， 所得到的粉體粒徑為微米級，同時由于使用的原料無法達到原子級別混合，因此反應產物純度不高。

（4）低溫燃燒合成法

低溫燃燒合成法（簡稱 LCS）是相對與自蔓延高溫合成法（SHS）提出的，是 SHS 與濕化學方法相結合的一種合成方法。LCS 要求原料是硝酸鹽或可溶性鹽，燃燒反應在熱板上或馬弗爐中進行，反應溫度在 500℃或者更低即可進行。以多種鋇鹽和有機燃料為原料低溫燃燒合成BaTiO₃ 粉體，其TEM 圖片如圖所示。

采用低溫燃燒合成法制得的鈦酸鋇粉體 TEM 照片

綜上所述，固相法具有工藝簡單，設備可靠的優點。但是固相法往往需要較高的反應溫度或者熱處理溫度，因而獲得超細納米晶比較困。另外固相法合成的粉體化學成分不均勻，影響燒結陶瓷的性能；較難得到純 BaTiO₃ 晶相， 粉體純度低。由于固相法制取的 BaTiO₃ 粉體質量較低，一般只用于制作技術性能要求較低的產品。雖然現在對固相法的研究早已經突破了傳統方法的界限， 但是由于固相反應固有的一些問題，條件不易控制，研究起來較為復雜，相比于液相法來說，還沒有形成較為完整的體系，也沒有取得足夠多足夠好的成果。

粉體圈 作者：易辰