钛酸钙陶瓷 特性、制备与应用百科

钛酸钙陶瓷是一种以钛酸钙为主要成分的功能陶瓷材料，其化学式为CaTiO₃，属于钙钛矿型晶体结构。它凭借独特的物理化学性质，在电子、通信、能源等领域具有重要应用价值。

一、基本特性

1. 晶体结构：钛酸钙在室温下为正交晶系的钙钛矿结构，具有高度的结构稳定性。其晶体结构中，钙离子位于立方体中心，钛离子位于顶点，氧离子位于面心，这种排列使其具备特殊的电学性能。
2. 介电性能：钛酸钙陶瓷具有中等介电常数（约150-170）和较低的介电损耗，尤其在微波频段表现优异，适用于高频电子器件。
3. 热学性能：熔点高（约1970°C），热膨胀系数与某些金属接近，有利于与金属材料的封装结合。
4. 机械性能：硬度较高，但脆性较大，属于典型的陶瓷力学特征。

二、制备工艺

钛酸钙陶瓷的制备主要采用粉末烧结法，流程包括：

• 原料处理：使用高纯度的碳酸钙（CaCO₃）和二氧化钛（TiO₂）作为起始原料，按化学计量比混合。
• 合成与研磨：通过固相反应在高温（通常1200-1400°C）下合成钛酸钙粉末，随后进行精细研磨以获得均匀颗粒。
• 成型与烧结：采用干压、注浆或流延等方法成型，然后在1400-1500°C的空气中烧结致密化。
• 后期加工：根据需求进行切割、抛光和电极涂覆等处理。

三、主要应用领域

1. 电子元器件：作为微波介质陶瓷，用于制造谐振器、滤波器和天线等通信设备部件，尤其在5G技术中潜力巨大。
2. 电容器材料：因其稳定的介电性能，可用于高频多层陶瓷电容器。
3. 热障涂层：在航空航天领域，钛酸钙陶瓷涂层可用于保护金属部件免受高温腐蚀。
4. 传感器与催化载体：利用其表面活性和热稳定性，可作为气体传感器或催化剂载体材料。

四、发展前景与挑战

随着电子设备向高频化、集成化发展，钛酸钙陶瓷在低损耗微波介质领域的需求持续增长。其脆性和加工成本仍是限制大规模应用的主要挑战。未来研究将聚焦于纳米技术改性、复合材料开发以及低成本制备工艺的创新。

钛酸钙陶瓷作为一类重要的功能陶瓷，在先进技术领域中扮演着不可替代的角色，其性能优化与应用拓展将继续推动材料科学的进步。