超重力场反应器合成钛酸锶新技术

超重力场反应器合成钛酸锶新技术

一、技术背景 钛酸锶是一种电子工业的重要原料，主要用来制造自动调节加热元件和消磁元器件，陶瓷电容器，陶瓷敏感元件，微波陶瓷元件等。尤其是高质量纳米钛酸锶，可用来制造PTC热敏电阻，晶界层电容器等电子元件，具有高性能、高可靠性和体积小等优点。

早期的高压瓷介质电容器多为BaTiO3基陶瓷，但易受外界影响，加高直流偏置电场作用引起了极化，造成介质电压击穿，同时介电常数随着附加电场的增大而急剧下降，使电容量大幅度下降。而SrTiO3基陶瓷电容器克服了上述缺点，且具有介电损耗低，温度稳定性好等优点，大有逐渐取代BaTiO3基陶瓷的趋势。日本东京电学化学公司和太阳诱电公司用钛酸锶材料制成晶界型陶瓷电容器。在大电容量方面可与有机薄膜电容器相媲美，受到了人们的普遍重视。

钛酸锶的制备方法主要有高温固相反应法、水热法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法和直接沉淀法等。国内钛酸锶主要采用SrCO3和TiO2混合经高温反应而制得的，产品质量差，粒径大，不能满足电子工业对高质量SrTiO3的需求。本技术采用超重力场结合直接沉淀法制备纳米钛酸锶，利用超重力技术来强化反应、微观混合，控制钛酸锶晶体成核和生长等关键环节，因此生产高质量的纳米SrTiO3，市场前景广阔，符合国家需求及科技发展趋势。

二、生产方法 直接沉淀法主要过程： 1. 强碱可使Ti4+离子完全沉淀，其反应过程如下： - Ti(OH)4在水溶液中常以水合物的形式存在，pH值为7时为Ti(OH)4·2H2O，在pH>7时存在着下列平衡： - Ti(OH)4·2H2O ⇌ Ti(OH)3 + H2O - Ti(OH)3 + H2O ⇌ Ti(OH)2 + H+ - 当反应(1)完成后加入SrCl2溶液，再增加NaOH的量，随着NaOH用量的增加，溶液中OH-浓度增加，Ti(OH)4·2H2O溶解生成[Ti(OH)6]2-配离子，该配离子立即与Sr2+反应生成SrTiO3不溶性沉淀。其反应方程式为： - [Ti(OH)6]2- + Sr2+ → SrTiO3↓ + 6OH-

本生产方法：第一步首先完成反应(1)，第二步采用超重力场技术实现反应(2)、(3)、(4)步的转化过程。

工艺流程为： - 主要设备：配制槽、水解槽、洗涤槽、超重力场反应器系统、过滤机、干燥系统、粉碎机、锅炉。

技术指标：采用超重力场结合直接沉淀法制备纳米钛酸锶，产品粒径在20nm~80nm范围内方便可调。锶钛比大于0.99，纯度大于99%，粒径分布指数小于0.25。

超重力场反应器合成的纳米钛酸锶与单纯的直接沉淀法制得钛酸锶在形貌、团聚、比表面积和热稳定性等方面进行比较，从不同反应条件下的XRD钛酸锶谱图证实了超重力场反应器可获得高纯的钛酸锶晶体。通过透射电镜和扫描电镜分析，超重力场反应器中可制备30nm的钛酸锶，且呈立方状，粒度分布均匀，而直接沉淀法制备的产物大多呈不规则，团聚现象严重。直接沉淀法产品和超重力场反应器制备的产品分别经BET法测试得到比表面积分别为10.489m2/g和103.563m2/g，由于制备方法的差异，比表面积增大了10倍。热稳定性结果表明两者无明显差异。

三、技术经济效益估算 以每天SrTiO3生产能力为50kg计，若一年以300天计，单台设备的年生产能力为15吨。若几台并用或做适当放大，可轻易达到100吨的年生产能力。高质量的SrTiO3粉体的国际市场价格一般在14000美元/t左右，经初步估算，每年利润600万元，该技术和产品在经济效益方面是显而易见的。

四、合作方式 可转让技术，也可技术入股联合生产；或联合开发下游产品。

超重力场反应器合成钛酸锶新技术

一、技术背景

钛酸锶是一种电子工业的重要原料，主要用来制造自动调节加热元件和消磁元器件，陶瓷电容器，陶瓷敏感元件，微波陶瓷元件等，尤其是高质量纳米钛酸锶可用来制造PTC热敏电阻，晶界层电容器等电子元件，具有高性能、高可靠性和体积小等优点。

早期的高压瓷介质电容器多为BaTiO₃基陶瓷，但易受外界影响，加高直流偏置电场作用引起了极化，造成介质电压击穿，同时介电常数随着附加电场的增大而急剧下降，使电容量大幅度下降，而SrTiO₃基陶瓷电容器克服了上述缺点，且具有介电损耗低，温度稳定性好等优点，大有逐渐取代BaTiO₃基陶瓷的趋势。日本东京电学化学公司和太阳诱电公司用钛酸锶材料制成晶界型陶瓷电容器。在大电容量方面可与有机薄膜电容器相媲美，受到了人们的普遍重视。

钛酸锶的制备方法主要有高温固相反应法、水热法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法和直接沉淀法等。国内钛酸锶主要采用SrCO₃和TiO₂混合经高温反应而制得的，产品质量差，粒径大，不能满足电子工业对高质量SrTiO₃的需求。本技术采用超重力场结合直接沉淀法制备纳米钛酸锶，利用超重力技术来强化反应、微观混和，控制钛酸锶晶体成核和生长等关键环节，因此生产高质量的纳米SrTiO₃，市场前景广阔，符合国家需求及科技发展趋势。

二、生产方法

直接沉淀法主要过程：强碱可使Ti⁴⁺离子完全沉淀，其反应过程如下：

(1)

Ti(OH)₄在水溶液中常以水合物的形式存在，pH值为7时为Ti(OH)4·2H2O，在pH>7时存在着下列平衡：

(2)

(3)

当反应(1)完成后加入SrCl2溶液，再增加NaOH的量，随着NaOH用量的增加，溶液中OH－浓度增加，Ti(OH)4·2H2O溶解生成[Ti(OH) 6 ]2-配离子，该配离子立即与Sr2+反应生成SrTiO3不溶性沉淀。其反应方程式为：

　(4)

本生产方法：第一步首先完成反应(1)，第二步采用超重力场技术实现反应(2)、(3)、(4)步的转化过程。

工艺流程为：

主要设备：配制槽、水解槽、洗涤槽、超重力场反应器系统、过滤机、干燥系统、粉碎机、锅炉。

技术指标：采用超重力场结合直接沉淀法制备纳米钛酸锶，产品粒径在20nm~80nm范围内方便可调。锶钛比大于0.99，纯度大于99%，粒径分布指数小于0.25。

超重力场反应器合成的纳米钛酸锶与单纯的直接沉淀法制得钛酸锶在形貌、团聚、比表面积和热稳定性等方面进行比较，从不同反应条件下的XRD钛酸锶谱图证实了超重力场反应器可获得高纯的钛酸锶晶体，通过透射电镜和扫描电镜分析超重力场反应器中可制备30nm的钛酸锶，且呈立方状，粒度分布均匀，而直接沉淀法制备的产物大多呈不规则，团聚现象严重。直接沉淀法产品和超重力场反应器制备的产品分别经BET法测试得到比表面积分别为为10.489m²/g和103.563m²/g，由于制备方法的差异，比表面积增大了10倍。热稳定性结果表明两者无明显差异。

三、技术经济效益估算

以每天SrTiO₃生产能力为50kg计，若一年以300天计，单台设备的年生产能力为15吨，若几台并用或做适当放大，可轻易达到100吨的年生产能力。高质量的SrTiO₃粉体的国际市场价格一般在14000美元/t左右，经初步估算，每年利润600万元，该技术和产品在经济效益方面是显而易见的。

四、合作方式

可转让技术，也可技术入股联合生产；或联合开发下游产品。