Міністерствоосвіти Російської Федерації
Пермськийдержавний університет
Кафедрааналітичної хімії
Дипломнаробота
тема: Аналітичний контрольякості титанату барію
Перм 2005
Введення
титанат барію єдіелектричним матеріалом, що володіє п'єзоелектричними тасегнетоелектричними властивостями і великий діелектричної проникністю. Вінзастосовується в конденсаторах електричних, в п'єзоелектричних випромінювачах іприймачах звуку і УЗ, в якості нелінійних елементів в оптичних системах,електроніці та обчислювальній техніці і т.д. У виробництві керамічнихконденсаторів і позісторов більше 90% кераміки становить титанат барію. В2000-му році обсяг продажів електронної кераміки перебував у США на рівні 11,5млрд. доларів, а в Японії на рівні 22,0 млрд. доларів. Більше 50% електронної керамікискладає конденсаторна кераміка з її щорічним приростом у 10% на рік, або1,5 млрд. доларів США. Такимчином, для випуску і цілеспрямованого застосування титанату барію необхіднийконтроль його якості як на стадії виробництва, так і використання. Намивипробуваний для цієї мети атомно-емісійний метод аналізу.
1. Літературний огляд
1.1Способи отримання
Всвітовому промисловому виробництві титанату барію існують два принциповорізних способу синтезу [1] вихідних сполук - термічний синтез, тобтоосвіту сполук у процесі твердофазної реакції при високихтемпературах, і хімічний синтез, при якому з'єднання утворюються приреакціях в розчинах, а потім волога віддаляється за допомогою прокалкі,виморожування і т.д. Обидва вимагають високих температур і характеризуютьсянаступними граничними можливостями: середній розмір часток матеріалу 1-3 мкм,питома поверхня порядку 1 кв.м/г, можлива товщина діелектрика - 15 мкм,або, відповідно 0,7-1 мкм, 3 кв.м/г і 10 мкм. Пропонується процес (знизькою температурою кристалізації - всього 150 град. С), всі технологічніоперації якого відпрацьовані на укрупнених установках з продуктивністюТБА 100 кг/рік. У процесі відпрацювання визначені оптимальні режимні параметри,дозволяють при високій чистоті продукту отримувати монодисперсних порошок зрозміром 0,1-0,3 мкм, питомою поверхнею 10 кв.м/г і можливою товщиноюдіелектрика 6 мкм. При створенні виробництва до установки буде прийматисясерійне обладнання, виготовлене промисловістю РФ. Отриманий титанатбарію дозволить підвищити питому ємність конденсаторів на 30-40% і знизититемпературу спікання конденсаторної кераміки. До методу термічного синтезувідноситься виробництво спека титанату барію. Титанат барію синтезують шляхомвипалу суміші карбонату барію і діоксиду титану. У промисловому варіанті синтезпроводять у обертових печах, аналогічних по конструкції широко застосовуваним вцементному виробництві. Схема технологічного процесу наступна. Карбонатбарію і діоксид титану змішують мокрим способом в кульовий млині,футерованной зносостійкою гумою, високоглиноземистие тілами, що мелють.Одночасно зі змішанням відбувається подрібнення - помел суміші. Для прискоренняреакцій, що відбуваються при синтезі, і зниження температури синтезу необхіднозастосовувати мелкодисперсное сировину, тому переважно використання діоксидутитану в кристалічній модифікації анатазу, що має більшу, ніж рутил,дисперсність. Розмелена суміш (шликер) зливається з кульової млини вконтейнер, де безупинно перемішується щоб уникнути розшарувань. З контейнерашликер мембранним насосом перекачується в видатковий бачок, забезпеченийпристроєм, що регулює постійний рівень шлікера. Звідси шликер дозуючимнасосом подається у обертову піч. В протилежну частину печі подаєтьсяпаливо (гас), яке згорає в суміші з повітрям. Обертова піч маєдеякий нахил (В»4 В° до горизонту), томушликер, що подається в завантажувальну частину печі, поступово рухається назустрічпалаючому смолоскипу гасу, проходячи інтервал температур від кімнатної домаксимальної температури випалу. Обертання печі навколо своєї осі сприяє рухуі перемішуванню гартованих матеріалів. Освіта метатітаната барію пореакції
BaCO3 + TiO2 В® BaTiO3+ CO2
починаєтьсяпри температурі В»800 В° С. Приподальшому підвищенні температури (В»1000 В° С) ця реакція супроводжується утвореннямортотітаната барію
BaCO3 + BaTiO3 В® Ba2TiO4 + CO2.
Притемпературі починаючи з 1100 В° С, при реакції метатітаната барію з діоксидом титануутворюється В«трітітанат баріюВ», точніше Ba6Ti17O40. Далі ортотітанат іВ«ТрітітанатВ» взаємодіють між собою з утворенням кінцевого продукту -метатітаната барію (1200 В° С). При необхідності спек титанату барію може бутидодатково розмелений сухим способом. Виготовлений спек характеризуютьнаступними параметрами: насипною масою (кг/л), молярним ставленням оксидом BaO/TiO2, змістом В«вільногоВ»оксиду барію, кількістю залишку, нерозчинного у соляній кислоті,вмістом домішок, питомою поверхнею. Насипна маса (вага)свідчать про належну ступеня синтезу титанату барію, який у мірузбільшення температури синтезу спікається у відносно великі гранули (В»10 мкм). В залежності відпризначення спека його насипна маса встановлюється в межах 1,2 - 1,5 кг/л.Визначення насипної маси, вироблене безпосередньо на виході печі, єефективним експрес - методом контролю якості спека. Співвідношення оксидів BaO/TiO2, що характеризуєстехіометрію отриманого продукту, необхідно підтримувати в межах 1,00 В± 0,02, однак длябільшості сучасних матеріалів стехіометрії повинна бути дотримана більшточно. Як правило, BaO/TiO2 =0,99 - 1,00 або 1,00 - 1,01 в залежності від призначення спека. Залишок,нерозчинний у HCl, є непрямим показникомвмісту в спек політітанатов, а також сполук барію з аніоннимидомішками (наприклад, сульфату барію, який утворюється при наявності у вихідній сировинісірки в кількості декількох десятих відсотка). Зазвичай прагнуть до мінімумувмісту в спек нерозчинного залишку. Наявність сторонніх фаз в спек можебути також визначено рентгенофазового аналізу. Різновидом термічногосинтезу можна вважати високотемпературний синтез (СВС),або технологічне горіння. Сутність цього методу полягає в тому, що вЯк вихідні беруться активні компоненти, що призводять до екзотермічноїреакції одержання необхідного з'єднання. Роботи по отриманню вихідних речовиндля конденсаторної кераміки - BaTiO3 показалиможливість застосування методу СВС для їх синтезу. Синтез BaTiO3з суміші BaO2, Ti і TiO2 проходить при одночасному протіканні трьохекзотермічних реакцій:
BaO2 + 0,5 TiO2 В® BaTiO3 + 536 кал/г;
y (BaO + TiO2) В® y BaTiO3 + 160,5 кал/г;
x (BaO2 +TiO2) В® x (BaTiO3 + 0,5 O2) + 74,7 кал/г.
Відповідності складу іструктури одержуваних продуктів заданим значенням можна домогтися раціональнимвибором співвідношення компонентів і режиму синтезу. Однак продукти виходятьгрубодисперсними і не мають переваг проти термічно синтезованихз'єднань; в той же час для методу СВС необхідно застосовувати більш дорогесировину. [1] Термічний синтез не дозволяє отримати титанат барію, що володієнеобхідними властивостями: гомогенністю, високим ступенем синтезу припорівняно невисоких температурах, малим розміром частинок. За даними різнихавторів, такий спосіб отримання не забезпечує також відтворюваності властивостейтитанату барію від партії до партії. Це може пояснюватися як порушеннямстехіометрії і забрудненням домішками під час помелу, так і коливаннямиступеня дисперсності порошків. У зв'язку з цим увагу дослідників багатьохкраїн було звернено на розробку нових методів синтезу титанату барію. Ціметоди відносяться до хімічних методів синтезу. У літературі описано декількаваріантів оксалатного методу отримання титанату барію, що розрізняються умовамивиділення з водних розчинів тітанілоксалата барію і його термічногорозкладання. Тітанілоксалат барію BaC2O4TiO (C2O4) В· 4H2O, або BaTiO (C2O4) 2 В· 4H2O, можна синтезувати взаємодією хлоридів барію і титанузі щавлевою кислотою на холоду або при нагріванні до 60 - 80 Вє С. Впромислових умовах тітанілоксалат барію в...
