В мировом промышленном производстве титаната бария существуют два принципиально различных способа синтеза [1] исходных соединений – термический синтез, т.е. образование соединений в процессе твердофазной реакции при высоких температурах, и химический синтез, при котором соединения образуются при реакциях в растворах, а затем влага удаляется посредством прокалки, вымораживания и т.д. Оба требуют высоких температур и характеризуются следующими предельными возможностями: средний размер частиц материала 1-3 мкм, удельная поверхность порядка 1 кв.м/г, возможная толщина диэлектрика – 15 мкм, или, соответственно 0,7-1 мкм, 3 кв.м/г и 10 мкм. Предлагается процесс (с низкой температурой кристаллизации – всего 150 град. С), все технологические операции которого отработаны на укрупненных установках с производительностью ТБА 100 кг/год. В процессе отработки определены оптимальные режимные параметры, позволяющие при высокой чистоте продукта получать монодисперсный порошок с размером 0,1-0,3 мкм, удельной поверхностью 10 кв.м/г и возможной толщиной диэлектрика 6 мкм. При создании производства к установке будет приниматься серийное оборудование, изготовленное промышленностью РФ. Полученный титанат бария позволит повысить удельную емкость конденсаторов на 30-40% и снизить температуру спекания конденсаторной керамики. К методу термического синтеза относится производство спека титаната бария. Титанат бария синтезируют путем обжига смеси карбоната бария и диоксида титана. В промышленном варианте синтез проводят во вращающихся печах, аналогичных по конструкции широко применяемым в цементном производстве. Схема технологического процесса следующая. Карбонат бария и диоксид титана смешивают мокрым способом в шаровой мельнице, футерованной износостойкой резиной, высокоглиноземистыми мелющими телами. Одновременно со смешением происходит измельчение – помол смеси. Для ускорения реакций, происходящих при синтезе, и снижения температуры синтеза необходимо применять мелкодисперсное сырье, поэтому предпочтительно использование диоксида титана в кристаллической модификации анатаза, имеющего большую, чем рутил, дисперсность. Размолотая смесь (шликер) сливается из шаровой мельницы в контейнер, где непрерывно перемешивается во избежание расслоений. Из контейнера шликер мембранным насосом перекачивается в расходный бачок, снабженный устройством, регулирующим постоянный уровень шликера. Отсюда шликер дозирующим насосом подается во вращающуюся печь. В противоположную часть печи подается топливо (керосин), которое сгорает в смеси с воздухом. Вращающаяся печь имеет некоторый наклон (» 4° к горизонту), поэтому шликер, подаваемый в загрузочную часть печи, постепенно движется навстречу горящему факелу керосина, проходя интервал температур от комнатной до максимальной температуры обжига. Вращение печи вокруг своей оси способствует движению и перемешиванию обжигаемых материалов. Образование метатитаната бария по реакции

BaCO3 + TiO2 ® BaTiO3 + CO2

начинается при температуре » 800° С. При дальнейшем повышении температуры (» 1000° С) эта реакция сопровождается образованием ортотитаната бария

BaCO3 + BaTiO3 ® Ba2TiO4 + CO2.

При температуре начиная с 1100° С, при реакции метатитаната бария с диоксидом титана образуется «трититанат бария», точнее Ba6Ti17O40. Далее ортотитанат и «трититанат» взаимодействуют между собой с образованием конечного продукта – метатитаната бария (1200° С). При необходимости спек титаната бария может быть дополнительно размолот сухим способом. Изготовленный спек характеризуют следующими параметрами: насыпной массой (кг/л), молярным отношением оксидом BaO/TiO2, содержанием «свободного» оксида бария, количеством остатка, нерастворимого в соляной кислоте, содержанием примесей, удельной поверхностью. Насыпная масса (вес) свидетельствуют о надлежащей степени синтеза титаната бария, который по мере увеличения температуры синтеза спекается в относительно крупные гранулы (» 10 мкм). В зависимости от назначения спека его насыпная масса устанавливается в пределах 1,2 – 1,5 кг/л. Определение насыпной массы, производимое непосредственно на выходе печи, является эффективным экспресс – методом контроля качества спека. Соотношение оксидов BaO/TiO2, характеризующее стехиометрию полученного продукта, необходимо поддерживать в пределах 1,00 ± 0,02, однако для большинства современных материалов стехиометрия должна быть соблюдена более точно. Как правило, BaO/TiO2 = 0,99 – 1,00 или 1,00 – 1,01 в зависимости от назначения спека. Остаток, нерастворимый в HCl, является косвенным показателем содержания в спеке полититанатов, а также соединений бария с анионными примесями (например, сульфата бария, образующегося при наличии в исходном сырье серы в количестве нескольких десятых процента). Обычно стремятся к минимуму содержания в спеке нерастворимого остатка. Наличие посторонних фаз в спеке может быть также определено рентгенофазовым анализом. Разновидностью термического синтеза можно считать самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), или технологическое горение. Сущность этого метода заключается в том, что в качестве исходных берутся активные компоненты, приводящие к экзотермической реакции получения требуемого соединения. Работы по получению исходных веществ для конденсаторной керамики - BaTiO3 показали возможность применения метода СВС для их синтеза. Синтез BaTiO3 из смеси BaO2, Ti и TiO2 проходит при одновременном протекании трех экзотермических реакций: