鈦酸鋇物理性質(zhì)

中文名稱:鈦酸鋇

英文別名:Bariumtitanatesinteredlumpmmwhitepieces;

barium titanium trioxide; Bariumtitanatewhitepowder;

Barium titanate; BARIUM TITANATE, 99%; Barium titanium oxide;

barium(+2) cation; oxygen(-2) anion; titanium(+4) cation;

barium dioxido(oxo)titanium; dibarium tetraoxidotitanium

CAS號:12047-27-7

EINECS:234-975-0

風險術語:R20/22:;

安全術語:S28A:;

性狀:白色粉末。

熔點 :1625℃

相對密度:6.017 g/cm

溶解性:溶于濃硫酸、鹽酸及氫氟酸，不溶于熱的稀硝酸、水和堿。

鈦酸鋇是一致性熔融化合物，其熔點為1618℃。在此溫度以下，1460℃以上結晶出 來的鈦酸鋇屬于非鐵電的六方晶系6/mmm點群。此時，六方晶系是穩(wěn)定的。在1460~130℃之間鈦酸鋇轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎解}鈦礦型結構。在此結構中Ti(鈦離子)居于O(氧離子)構成的氧八面體中央，Ba(鋇離子)則處于八個氧八面體圍成的空隙中(見右圖)。此時的鈦酸鋇晶體結構對稱性極高，因此無偶極矩產(chǎn)生，晶體無鐵電性，也無壓電性。

隨著溫度下降，晶體的對稱性下降。當溫度下降到130℃時，鈦酸鋇發(fā)生順電-鐵電相變。在130~5℃的溫區(qū)內(nèi)，鈦酸鋇為四方晶系4mm點群，具有顯著地鐵電性，其自發(fā)極化強度沿c軸方向，即[001]方向。鈦酸鋇從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄禃r，結構變化較小。從晶胞來看，只是晶胞沿原立方晶系的一軸(c軸)拉長，而沿另兩軸縮短。

當溫度下降到5℃以下，在5~-90℃溫區(qū)內(nèi)，鈦酸鋇晶體轉(zhuǎn)變成正交晶系mm2點群，此時晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強度沿原立方晶胞的面對角線[011]方向。為了方便起見，通常采用單斜晶系的參數(shù)來描述正交晶系的單胞。這樣處理的好處是使我們很容易地從單胞中看出自發(fā)極化的情況。鈦酸鋇從四方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)檎痪担浣Y構變化也不大。從晶胞來看，相當于原立方晶系的一根面對角線伸長了，另一根面對角線縮短了，c軸不變。

當溫度繼續(xù)下降到-90℃以下時，晶體由正交晶系轉(zhuǎn)變?yōu)槿骄?m點群，此時晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強度方向與原立方晶胞的體對角線[111]方向平行。鈦酸鋇從正交晶系轉(zhuǎn)變成三方晶系，其結構變化也不大。從晶胞來看，相當于原立方晶胞的一根體對角線伸長了，另一根體對角線縮短了。

綜上所述，在整個溫區(qū)(<1618℃)，鈦酸鋇共有五種晶體結構，即六方、立方、四方、正交、三方，隨著溫度的降低，晶體的對稱性越來越低。在130℃(即居里點)以上，鈦酸鋇晶體呈現(xiàn)順電性，在130℃以下呈現(xiàn)鐵電性。

鈦酸鋇是一種強介電化合物材料，具有高介電常數(shù)和低介電損耗，是電子陶瓷中使用最廣泛的材料之一，被譽為"電子陶瓷工業(yè)的支柱"。

鈦酸鋇是一種典型的鐵電體，所以提到鈦酸鋇，就一定要提到它的自發(fā)極化 。一般來講，電介質(zhì)的電極化過程(方式)有三種，即電子位移極化、離子位移極化和固有電矩轉(zhuǎn)向極化。對于鈦酸鋇而言，經(jīng)過物理學家的嚴格推算，鈦酸鋇的自發(fā)極化的貢獻主要來自于Ti的離子位移極化和氧八面體其中一個O的電子位移極化。具體的推算過程過程比較簡單，但內(nèi)容冗長，這里不予敘述，請讀者參考有關書籍。

鈦酸鋇晶體是由無數(shù)鈦酸鋇晶胞組成的。當立方鈦酸鋇晶體冷卻到居里點Tc時，將開始產(chǎn)生自發(fā)極化，并同時進行立方相向四方相的轉(zhuǎn)變。在發(fā)生自發(fā)極化的時候，其中一部分相互臨近的晶胞都沿著原來立方晶胞的某個晶軸產(chǎn)生自發(fā)極化，而另一部分相互臨近的晶胞可能沿原立方晶胞的另一個晶軸產(chǎn)生自發(fā)極化。這樣當鈦酸鋇轉(zhuǎn)變成四方相后，晶體就出現(xiàn)了沿不同方向自發(fā)極化的晶胞小單元，我們稱之為電疇。也就是說，通過降低溫度，晶體從順電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相時，由于自發(fā)極化，引起表面靜電相互作用變化，產(chǎn)生電疇結構。

電疇的類型、疇壁的取向，除了主要由晶體的結構對稱性決定外，同時還要滿足以下兩個條件: ① 晶格形變的連續(xù)性:電疇形成的結果，使得沿疇壁而切割晶體所產(chǎn)生的兩個表面上的晶格連續(xù)并相匹配。 ② 自發(fā)極化分量的連續(xù)性:兩相鄰電疇的自發(fā)極化強度在垂直于疇壁方向上的分量相等。 因此，在四方鈦酸鋇單晶中，相鄰電疇的自發(fā)極化方向只能相交成180°或90°，即只存在180°疇和90°疇。在單斜晶系鈦酸鋇中，由于自發(fā)極化沿原立方晶胞的面對角線，因此除了180°和90°疇外，還存在60°和120°疇。而在三斜晶系鈦酸鋇中，除了存在180°疇外，還存在60°和109°疇。

這里所說的鈦酸鋇的介電性質(zhì)主要指的是鈦酸鋇陶瓷的介電性質(zhì) 。 鈦酸鋇陶瓷的介電性能基本上和鈦酸鋇單晶的相似。但由于陶瓷是多晶結構，存在晶粒和晶界。晶粒的大小和無序取向，晶界中玻璃相及雜質(zhì)的存在，均直接影響其介電特性，使其與單晶的有所不同。

純鈦酸鋇陶瓷的ε在a軸和c軸隨溫度T的變化關系如右圖下。它與單晶的ε和tanδ隨溫度T的變化關系(右圖上)比較，在Tc附近的ε的特性相差不大，但在5℃和-90℃兩相變溫度附近卻沒有單晶那樣變 化 顯著。

另外，鈦酸鋇陶瓷的晶粒的大小也會影響ε和溫度T的變化關系(如下圖)。右圖可以看出，隨著晶粒尺寸的減小，在Tc以下ε增大，而在Tc附近ε峰值降低。

鈦酸鋇是一種強介電材料，是電子陶瓷中使用最廣泛的材料之一，被譽為"電子陶瓷工業(yè)的支柱"。關于鈦酸鋇的研究實在太多太多。國內(nèi)外許多的學者對鈦酸鋇做了大量的研究工作，通過摻雜改性，已經(jīng)得到了大量的新材料，尤其是在MLCC方面的應用。其應用前景極其廣闊，期待我們的加入。

主要用于電子陶瓷、PTC熱敏電阻、電容器等多種電子元器件的配制以及一些復合材料的增強。