2021. 9. 17. 06:44ㆍMaterial
Journal of the Korean Ceramic Society Vol. 46, No. 2, pp. 170~174, 2009
김정환† ·정한승·조준엽·홍정오·김영태·허강헌
BaTiO3 powder was synthesized by the solid-state reaction of fine BaCO3 and TiO2 raw materials. Fine grinding media of 50 and 300 microns were used for obtaining fine particulate mixture of BaCO3 and TiO2 with high homogeneity. Effect of the size of grinding media on the synthesis mechanism of BaTiO3 was discussed on the basis of the particulate morphology and thermogravimetry data for the mixture powders. By using the finer grinding media, BaTiO3 was formed at the lower temperature and the particle size with the relatively narrower distribution could be obtained. BaTiO3 powder with the average size of 100 nm was synthesized by the solid reaction in vacuum atmosphere.
1. 서 론
21세기 정보산업사회에서 전자기기의 Digital화, 고성능 화, 고신뢰성화, Multimedia화가 진행됨에 따라 적층세라 믹콘덴서(이하 MLCC) 부품은 고용량화와 소형화 추세를 뚜렷하게 나타내고 있다. 이에 따라 유전체·내부전극의 박층화 및 고적층화의 요구되며, 이것을 실현하기 위해 유전체의 기본재료가 되는 티탄산바륨(BaTiO3 :이하 BT) 의 고결정성 미립화에 대한 관심이 높아지고 있다.
MLCC용 BT 분말의 산업용 제조방법으로는 수산염법, 수열합성법 및 고상법이 주종을 이루고 있다. 수산염 법은 원료인 수산염바륨티타닐(Barium Titanyl Oxalate:이 하 BTO) 열분해를 통해 BT를 합성하는 방법으로 100 nm 이하의 BT 합성을 위해서는 미립 BTO의 제조기술 등 아 직 공업적으로 개선이 필요하다. 수열합성법이 일반적으 로 미립의 입도분포가 좁은 BT 제조에 유리한 것으로 알 려져 있지만, 고가의 설비가 필요하고 제조단가를 높다. 이에 비해 고상법의 경우, 저가의 대량생산이 가능하며, 최근에는 원료인 TiO2와 BaCO3의 미립화 및 분산기술의 발전으로 인해 고상법에 의한 100 nm 이하의 BT 제조가 능성이 제기되고 있다. 고상반응에 의한 BaTiO3의 합성기합성기구로서 아래와 같은 반응 프로세스가 제안되었다.
BaCO3와 TiO2 계면에서의 접촉반응에 의하여 BaTiO3층 이 형성되고(1), 이렇게 일차적으로 형성된 BaTiO3층이 BaCO3와 반응하여 Ba2TiO4의 중간상층이 형성되며(2), 최 종적으로 남아있는 TiO2와 Ba2TiO4의 균일화 반응(3)에 의 하여 BaTiO3로 변화하게 된다고 제안되었다. 하지만, 최 근의 연구결과에 의하면 Ba2TiO4 중간상의 형성에 관련하 여, 기존의 제안과 상반된 결과들이 보고되었다. Fujikawa 등은 지금까지 생각되던 BaTiO3층과 BaCO3와 반응하여 Ba2TiO4의 중간상층 형성되는 것이 아니라, BaTiO3 주위 에 과잉 BaCO3가 존재하는 영역으로 Ti4+이온의 확산하 여 형성되었다고 생각되는 구상의 Ba2TiO4입자가 존재하 는 것을 관찰하였다. Buscaglia 등은 미립의 원료 혼합물 에서는 전체 반응과정 내에 Ba2TiO4상이 발견되지 않았으 며, 이러한 이유를 미립의 BaCO3가 직접 BaO와 CO2로 분해되면서 반응이 진행된다고 해석하였다.
Ando 등은 원료의 균일한 혼합물에서는 Ba2TiO4 중간상이 관찰되지 않았고, 2차 BaCO3분해 반응이 위 식의 (2)에 의한 것이 아니라, 서로 분리된 미반응 BaCO3와 TiO2간의 확산에 의한 것으로 이때 BaCO3와 TiO2의 분산정도가 BT생성의 종결온도를 결정한다고 설명하였다. 위 연구결과를 정리 하면, Ba2TiO4상은 BaTiO3의 생성과정에서 생기는 중간 상이 아니라, 원료가 조대하고 혼합이 충분하지 않은 경우에 조성의 불균일로 인하여 생성되는 국부적인 이차상인 것으로 생각할 수 있다. 본 연구에서는 위 연구결과를 바탕으로 미립의 원료의 균일한 분산을 통하여, 위 반응식의 (1)반응을 증가시키 고, (2), (3)반응을 억제함으로써, 저온에서의 BT 합성 가 능한 슬러리의 혼합조건을 설계하고자 하였다. 이를 위하 여 혼합매개체로서 0.3 mm와 0.05 mm의 미립의 비드(bead) 를 적용하여 원료의 혼합을 수행함으로써 원료의 미세화 및 분산성에 미치는 비드크기 효과를 조사하였으며, 이러 한 혼합조건의 차이에 따른 BaTiO3 합성 반응거동 및 합 성분말의 특성을 조사하였다.
