高純碳酸鍶主要用于PTC電子元器件及長余輝熒光材料制備。近幾年來，隨著各種不同BaTiO3基PTCR熱敏電阻元件不斷涌現，中國PTCR元器件進入一個前所未有的發展高潮，作為低居里點調節劑的高純碳酸鍶質量好壞直接影響到成品PTC的電性能。實際生產過程中發現，不僅碳酸鍶的純度對元件影響很大，其物理特性對成磁性能也有影響，筆者就其物理特性中粒徑的評價方法與控制手段進行了探討。
1 常見高純碳酸鍶顆粒粒度的評價方法
1.1 直接觀察法
直接觀察法就是利用光學顯微鏡和電子顯微鏡、攝像機、圖像板等組成的圖像分析儀，通過加入分散劑將碳酸鍶分散后，逐個測量其面積、周長，由面積、周長可得到相應的粒徑，進而得到粒度分布及平均粒徑。其優點是具有可視性，可信度高。但由于測量的顆粒數目有限，特別是在粒度分布很寬的場合，其應用受到很大限制。
1.2 沉降法
沉降法就是利用光透過原理與沉降法相結合，根據朗伯-比耳公式，透過光強與懸浮液的濃度或顆粒的投影面積有關；另一方面顆粒在力場中沉降，可用斯托克定律計算其粒徑大小，從而得到粒徑分布。本方法測量結果的分辨率高，特別當顆粒度分布不規則，或微分分布出現多峰的情況，本方法更優越。常用的有重力場光透過沉淀法和離心光透過沉淀法。
1.3 小孔通過法
小孔通過法即庫爾特計數器法，可測量懸浮液中顆粒的大小和個數。當懸浮于電解質中的顆粒通過小孔時，可引起電導率的變化，其變化峰值與顆粒的大小有關。該儀器適合粒度范圍窄的樣品；由于大顆粒會將小孔堵塞，所以不適合大粒度樣品的測量。其優點是庫爾特計數器測到的是顆粒的體積，然后再換算成粒徑，能夠得到體積、直徑，是本儀器的一大特點。
1.4 激光法
激光法是近20a發展的顆粒粒度測量新方法，常用的有激光散射法和光子相干法。其測量范圍一般為0.5-1 000μm，它是采用同心多元光電探測器測量不同散射角下的散射光強度，然后根據上述理論計算出粒度分布。本法的一個優點是適合在線測量，特別適合對霧滴粒度分布的測量。其缺點是計算十分復雜，但配合計算機后，此問題已完全解決，一般而言，激光的分辨率不如沉降法。
1.5 吸附法
吸附法一般采用氣體，使其通過粉末料層，由氣體的流速、壓力降等參數計算粉末的表面積，然后得到粉末的平均粒徑。
1.6 壓縮密度法
此方法就是稱量一定量的碳酸鍶，將其裝入一特定的模具中，再以一定的沖壓力將其壓實，然后測定其壓縮密度，用以表征粒子形狀與粒度分布。通常采用壓縮密度法作為實用性試驗中粒徑的重要測定方法。
綜上所述，高純碳酸鍶粒徑的測定方法很多，要根據實際生產需要及物料的特性具體選擇，不同的測定方法所得數據會有出入。下面以河北辛集化工集團高純碳酸鍶為例，介紹一下不同的測量方法所得的測量結果。
1.7 應用舉例
1.7.1 電鏡法
分析單位為南開大學中心化驗室。分析儀器及測定條件：日立X-650掃描電鏡，電壓20kV，放大2萬倍。分析結果：顆粒直徑約0.5μm，球形，形狀比較均一。
1.7.2 激光散射法
分析單位為無錫輕工業大學化學工程系。檢測條件：儀器為英國MALVERNGONGON公司AUTOXIZERIIC型激光散射儀，波長633nm，溫度20℃，分散介質為水，分散方法為超聲波，1 h。分析結果：平均粒徑0.997 9μm。
1.7.3 離心沉降法
分析單位為河北辛集化工集團中心化驗室。檢測條件：儀器為日本島津SA-CP2粒度分布儀，溫度20℃，分散介質為水，分散劑為六偏磷酸鈉，分散方法為超聲波，1 h。分析結果：D50(平均粒徑)=1.25μm。
1.7.4 壓縮密度及比表面積法
經測壓縮密度為2.85 g/cm3，比表面積為1.8 g/cm3。
實驗結果表明，不同儀器得出不同的測量結果，一般根據用戶的要求采用不同的測量方法。日本通常采用離心沉降法，歐洲多用激光散射法，而電鏡法最為直接方便。
2 常見粒徑的控制手段
2.1 通過加料速度控制產品質量和粒徑
在生產過程中加料速度對于產品的粒徑有一定的影響，其結果見表1。
表1說明加料速度慢，使得反應充分完全，形成的SrCO3顆粒大，易于沉降，對產品質量有利。相反，加料速度快，形成的SrCO3顆粒小，易產生包藏，對產品質量不利，故在化合反應中以慢速化合較為合適。
表1 加料速度對產品粒徑的影響
加料速度/(mL·min-1)
樣號
沉降高度/cm
m(固)：m(液)
5min
10min
15min
30min
4
9
22.0
22.0
22.0
22.0
1：5.0
5
12
11.7
14.7
15.7
15.2
1：3.5
6
17
19.3
21.2
21.4
21.5
1：3.2
7
20
18.9
19.8
19.8
19.8
1：3.6
8
21
18.0
19.8
20.0
20.1
1：2.9
2.2 通過調整反應溫度控制產品質量和粒徑
在生產過程中，反應溫度對產品質量的影響較為明顯，其結果見表2。
表2 溫度對產品質量的影響
序號
反應溫度/℃
w(SrCO3)/%
NH4HCO3液
Sr(NO3)2液
1
20-40
80
99.80
2
20-40
70
99.77
3
20-40
60
99.60
4
20-40
50
99.55
5
20-40
40
99.38
6
20-40
30
99.30
由表2可以發現反應溫度對產品質量有明顯的影響，Sr(NO3)2料液溫度越高，產品的主含量越高，反之則相反。但這并不完全說明溫度越高，產品的質量越好。高溫反應產品的晶形為棒形，而低溫為球形。筆者所希望得到的是球形高純SrCO3產品，故反應溫度也不宜太高。高純SrCO3產品作為電子陶瓷的生產原料，不僅要求其純度高，而且對其粉體的粒度分布，結晶形狀也有很嚴格的要求，平均粒徑要求小于1μm，粒子是近似球形。反應溫度控制在70-80t，所得為斜方晶系碳酸鍶結晶，結構穩定。高純碳酸鍶粒子在顯微鏡下觀察完全符合電子陶瓷原料的要求。
2.3 通過熱解及陳化控制產品質量和粒徑
在合成反應中筆者控制碳酸氫銨微過量，所以在碳酸鍶漿液中存有一定的碳酸氫銨，經加熱將其分解：
NH4HCO3 =NH3↑+CO2↑+H2O
試驗操作：將反應后經沉降的母液抽出，然后加入等母液量的精制水，開啟攪拌，加熱至沸騰后繼續30min，停攪拌和加熱，開始陳化。
控制條件：熱解溫度95℃以上(沸騰)，熱解時間30min，陳化時間60min。
結果及分析：熱解陳化作用是將鍶漿中的碳銨加熱分解，同時使碳酸鍶晶粒由小變大，由不完整到完整，從而提高產品質量。在熱解陳化過程中，熱解的溫度影響著熱解的效果，溫度低，雜質分解不充分，所以熱解溫度應保持在沸騰狀態(95℃以上)。陳化是使碳酸鍶晶粒轉化，解除原來吸留、吸附、包藏的雜質，使得碳酸鍶更加純凈。溫度低，就不能提供足夠的能量，使晶粒進行充分的轉化，在此過程中，時間越長對于產品質量的保證越有利。
3 結束語
對于高純碳酸鍶生產廠家來說應針對不同用戶對高純碳酸鍶產品的不同要求，采用不同的分析手段及粒徑控制手段來組織生產以滿足用戶需要。
