鈦酸鋇因具有高介電常數(shù)、壓電鐵電性及正溫度系數(shù)等優(yōu)異性能而成為重要的陶瓷材料。燒結(jié)工藝對(duì)鈦酸鋇陶瓷的致密化與顯微結(jié)構(gòu)具有重要影響；鈦酸鋇陶瓷存在介電常數(shù)隨溫度的變化率較大、介電損耗高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)低、本身存在薄層時(shí)吸收強(qiáng)度弱和帶寬窄等缺點(diǎn)，常常通過摻雜改性來提高鈦酸鋇陶瓷的性能，而不同摻雜材料對(duì)鈦酸鋇陶瓷有著不同的影響。鈦酸鋇陶瓷應(yīng)用前景廣闊，進(jìn)一步研究更優(yōu)良的鈦酸鋇陶瓷燒結(jié)工藝及摻雜工藝有著很重大的意義。

鈦酸鋇陶瓷燒結(jié)工藝

【毫米波燒結(jié)】

毫米波與微波相比波長更短，電磁波能量在空間分布更均勻，能夠使被燒結(jié)材料本身溫度分布更均勻，毫米波燒結(jié)還能夠進(jìn)一步降低材料的燒結(jié)溫度。低的燒結(jié)溫度不僅對(duì)制備細(xì)晶粒陶瓷材料有利，也能夠降低多層陶瓷電容器內(nèi)電極的使用要求。毫米波燒結(jié)的以上特點(diǎn)可在更低的燒結(jié)溫度和更短的處理時(shí)間內(nèi)獲得相同甚至超過常規(guī)燒結(jié)材料介電性能的鈦酸鋇陶瓷。

鈦酸鋇陶瓷摻雜工藝

摻雜改性是獲得高性能無機(jī)功能材料的一條重要途徑，摻雜組分的分布不僅影響材料的工藝性能，還對(duì)材料的微觀 結(jié)構(gòu)有重要的影響，進(jìn)而改變材料功能效應(yīng)。ABO₃鈣鈦礦特有的幾何松散性能夠容納不同尺寸的摻雜離子，所以不同A位或B位以及A位和B位的復(fù)合能夠得到許多復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶體和化合物。通過不同方式對(duì)鈦酸鋇基陶瓷進(jìn)行改性，以達(dá)到提高材料的介電常數(shù)、減小介電常數(shù)隨溫度的變化率、降低介電損耗、改善吸波性能等目的。 

鈦酸鋇摻雜改性主要通過等價(jià)摻雜(PbTiO₃、SiO₂、TiO₂等)、不等價(jià)摻雜(Al₂O₃、Bi₂O₃、Y₂O₃等)進(jìn)行。等價(jià)態(tài)離子的摻雜大致分為兩類：其一是Pb²⁺、Sr²⁺等二價(jià)離子，能夠取代或置換Ba²⁺位，取代后電價(jià)不發(fā)生改變，但其離子半徑會(huì)影響其晶胞參數(shù)，有些離子會(huì)使鈦酸鋇陶瓷的距離峰發(fā)生彌散，而另一些離子可能影響居里溫度向低溫方向移動(dòng)，或如Pb離子一樣，使得居里溫度升高。另一類則是化合價(jià)和B位離子(Ti⁴⁺)電價(jià)相同，像Si⁴⁺取代Ti⁴⁺可使居里溫度移向高溫。

不等價(jià)摻雜包括：施主摻雜(即摻雜元素的電荷高于被取代元素)，有些離子摻雜量較大時(shí)能夠有效降低晶粒尺寸，比如Nb⁵⁺和Nd³⁺分別取代B位和A位，受主摻雜(即摻雜元素的電荷低于被取代元素)，像Co²⁺、Ni²⁺等可使陶瓷材料的溫度穩(wěn)定性有所提高。采用過渡金屬離子(如Cr、Mn、Co、Nb)來對(duì)A位和B位摻雜，也能夠顯著提高鈦酸鋇陶瓷的介電性能。

鈦酸鋇陶瓷摻雜常使用的摻雜材料主要有金屬氧化物、稀土元素、玻璃、聚合物等。

鈦酸鋇的應(yīng)用

(1)目前鈦酸鋇在電子陶瓷工業(yè)應(yīng)用最廣、最具開發(fā)潛力的領(lǐng)域就是陶瓷電容器，鈦酸鋇陶瓷材料具有高介電常數(shù)、壓電鐵電性以及正溫度系數(shù)等優(yōu)異性能，是制備正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器、多層陶瓷電容器(MLCC)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)、節(jié)點(diǎn)放大器和光電元件的必需原料。近年來，BaTiO₃基介電材料占陶瓷電容器總消耗量的90％以上。純鈦酸鋇陶瓷及其改性化合物具有高的介電常數(shù)，已經(jīng)被廣泛用于生產(chǎn)多層陶瓷電容器。

(2)鈦酸鋇陶瓷可作為高儲(chǔ)能密度介質(zhì)材料，制作成高儲(chǔ)能電容器，用于脈沖功率技術(shù)之中。與其它儲(chǔ)能裝置相比，電容器具有放電功率大、利用效率高、脈沖放電壽命長等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為脈沖功率設(shè)備中的儲(chǔ)能元件而被廣泛應(yīng)用于電磁軌道武器、全電動(dòng)軍艦、戰(zhàn)斗用車輛等國防領(lǐng)域。

(3)鈦酸鋇陶瓷用于制作超級(jí)電容器應(yīng)用于移動(dòng)通訊、航空航天和國防科技等領(lǐng)域，特別是在電動(dòng)汽車上，大功率的超級(jí)電容器更顯示了其前所未有的應(yīng)用前景，不僅適合于作短時(shí)間的功率輸出源，還可利用它比功率高、比能量大、一次儲(chǔ)能多等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)車啟動(dòng)、加速和爬坡時(shí)有效地改善運(yùn)動(dòng)特性。超級(jí)電容還具有內(nèi)阻小、充放電效率高、循環(huán)壽命長、無污染等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，和其他能量元件(發(fā)電機(jī)、蓄電池、燃料電池?zé)?組成聯(lián)合體共同工作，是實(shí)現(xiàn)能量回收利用、降低污染的有效途徑，可以大大提高電動(dòng)車一次充電的續(xù)航里程。