Sprühtrocknung und Sprühhydrolyse - neue Methoden zur Herstellung von Matelloxiden und zur Modifizierung von BaTiO3

Abstract

Die Eigenschaften von BaTiO3 als Basismaterial für die Fertigung von Funktionskeramiken (Thermistoren, Kondensatoren u. a.) werden in entscheidendem Maße von den Eigenschaften der BaTiO3-Ausgangspulver vorgeprägt. Sowohl die Entwicklung neuer Verfahren zur Herstellung und Modifizierung von BaTiO3-Pulvern als auch detaillierte Kenntnisse über etablierte Methoden sind notwendige Ansatzpunkte bei der Steuerung dieser Eigenschaften. Insbesondere die Präparation und Untersuchung von Modellsubstanzen kann als Schlüssel für die Aufklärung von bisher kontrovers diskutierten Phänomen während der Pulverpräparation und des nachfolgenden Sinterns von BaTiO3 angesehen werden. Basierend auf der Technologie der Sprühtrocknung und der neu entwickelten Methode der Sprühhydrolyse konnten moderne Strategien zur Herstellung von Metalloxid-Pulvern (BaTiO3, TiO2 und Ba6Ti17O40) sowie zur modifizierenden Beschichtung von BaTiO3-Pulverpartikeln etabliert werden. So gelang es erstmals, die homogene Natur der bisher kontrovers diskutierten Zwischenphase Ba2Ti2O5CO3 elektronenmikroskopisch (HREM) und spektroskopisch (FTIR) während der thermisch aktivierten Genese vom sprühhydrolytisch hergestellten Ausgangspulver zum kristallinen BaTiO3 zu untermauern. Der Bariumtitanat-Bildungsmechanismus konnte erstmals an core-shell-strukturierten TiO2-BaCO3-Gemengen untersucht werden (PEMK, TEM, EDX, DTA, XRD), wonach entgegen dem bisherigen Erkenntnissstand auch Bariumpolytitanate (BaTi5O11, BaTi4O9, BaTi2O5) als Zwischenverbindungen in einer durch das TiO2/BaO-Phasendiagramm vorgegebenen, sequenziellen Folge entstehen. Durch Beschichtungen mit Polyvinylalkohol, TiO2 bzw. Ba6Ti17O40 ließen sich die Press- und Sintereigenschaften des BaTiO3-Pulvers steuern.

The properties of BaTiO3 as a material for manufacture of functional ceramics (e. g. PTCR-thermistors, capacitors) are influenced especially by the properties of BaTiO3 basic powders. The development of new methods for preparation and modification of such powders as well as detailed knowledge about established methods are necessary staring points due to control these properties. Especially the preparation and investigation of model substances are regarded as a key for solving controversially discussed phenomena dealing with powder-preparation and sintering of BaTiO3. Based on technologies of spray drying and newly developed spray hydrolysis, modern strategies for production and modification of metal oxides (BaTiO3, TiO2, Ba6Ti17O40) could be established. In such a way, it for the first time succeeded to prove that the controversially discussed phase Ba2Ti2O5CO3 is a crystalline and chemically homogeneous compound. This evidence was shown by electron microscopic (HREM) and spectroscopic (FTIR) measurements during the thermally activated genesis from amorphous to crystalline BaTiO3. The BaTiO3-formation mechanism could be investigated (PEMK, TEM, EDX, DTA, XRD) at core-shell structured TiO2-BaCO3 mixtures, for the first time. Towards the previous state of knowledge this mechanism includes the formation of titanium-rich barium titanium polytitanats (BaTi5O11, BaTi4O9, BaTi2O5) too. These intermediate phases are constituted themselves sequentially according to the TiO2/BaO-phase diagram. The pressing and sintering properties of BaTiO3 based powders could be controlled due to coating with polyvinyl alcohol, TiO2 and Ba6Ti17O40, respectively.