超声波喷涂技术用于钛酸钡（BaTiO₃）薄膜的制备是一个非常有效的工艺，特别适合生产均匀、薄且

可控的涂层。钛酸钡是一种重要的铁电、压电和介电材料，广泛应用于多层陶瓷电容器（MLCC）、热敏

电阻、压电器件、传感器和能量存储等领域。

　　以下是使用超声波喷涂技术制备钛酸钡薄膜的关键方面、优势、步骤和注意事项：

　　核心优势

　　1.均匀性：超声波雾化产生极其细小（通常微米级）且尺寸分布窄的液滴，能形成非常均匀、致密的薄膜。

　　2.厚度控制：通过精确控制浆料浓度、喷涂速率、喷头移动速度、喷涂次数等参数，可以实现纳米到微米级

别的精确厚度控制。

　　3.材料利用率高：定向喷涂和低过喷特性减少了材料浪费，尤其对于昂贵的功能材料钛酸钡（尤其是纳米粉）

非常重要。

　　4.非接触式：避免了对基底或已沉积层的物理接触损伤，适合复杂形状或脆弱基底。

　　5.温和过程：低温过程（相对于溅射、CVD等），适用于不能承受高温的基底（如聚合物、某些金属）。

　　6.大面积沉积：通过自动化喷头移动或基底移动，可以实现大面积基底的均匀涂覆。

　　7.适用复杂浆料：能够处理含有纳米颗粒、粘合剂、分散剂等成分的悬浮液。

　　基本工艺流程

　　1.浆料制备：

　　*钛酸钡粉末：选择合适的粒径（纳米粉更易成膜，但分散困难；亚微米粉较常用）和纯度。

　　*溶剂：常用去离子水、乙醇、异丙醇或它们的混合物。选择需考虑钛酸钡的润湿性、浆料稳定性、干燥速率

和环保性。水基更环保但干燥慢，醇基干燥快。

　　*分散剂：至关重要！钛酸钡颗粒易团聚。需添加合适的分散剂（如聚乙烯吡咯烷酮、磷酸酯、柠檬酸铵等）

并配合球磨或超声分散，形成稳定、低粘度、高固含量的悬浮液。分散不良会导致喷嘴堵塞和涂层不均匀。

　　*粘合剂：根据需要添加少量粘合剂（如聚乙烯醇缩丁醛）以增加湿膜强度和后续烧结前的生坯强度，但添加

量过多会影响最终致密度。

　　*其他添加剂：可能包括消泡剂、流平剂等。

　　*目标：形成稳定、均匀、粘度适中（通常几十到几百mPa·s）、适合雾化的浆料。浆料稳定性是成功的关键。

　　2.基底准备：

　　*清洁基底（如硅片、氧化铝陶瓷、金属箔、ITO玻璃等）以去除油污、灰尘。

　　*可能需要进行表面处理（如等离子处理）以提高浆料润湿性和附着力。

　　3.超声波喷涂：

　　*将浆料装入储液罐。

　　*设置喷涂参数：

　　–超声波频率：通常20kHz–120kHz，决定雾化液滴的大小（频率越高，液滴越小）。

　　–功率：影响雾化速率和液滴大小。

　　–载气压力/流量：（通常使用压缩空气或氮气）将雾化液滴输送到基底。压力/流量影响雾化锥角和沉积速率。

　　–喷头到基底的距离：影响涂层均匀性和干燥程度（距离过近可能导致“咖啡环”效应，过远可能导致液滴过度

干燥或沉积效率低）。

　　–喷头移动速度/扫描模式：确保均匀覆盖。

　　–浆料流速：精确控制浆料输送到喷头的速率。

　　–基底温度：加热基底可以加速溶剂挥发，减少液滴在基底上的流动和团聚，提高均匀性（“干式”沉积）。

　　–启动喷涂，进行单层或多层沉积。多层沉积时需注意层间干燥。

　　中型超声波喷涂机

　　4.干燥：

　　*喷涂后通常在室温或稍高温度下干燥，去除大部分溶剂。控制干燥速率以避免开裂。

　　5.热处理（烧结）：

　　*排胶：如果浆料中含有有机成分（粘合剂、分散剂），需要在较低温度（300°C–600°C）下缓慢升温将其烧除，

避免鼓泡或开裂。

　　*烧结：在高温下（钛酸钡通常需要1200°C–1400°C）进行烧结，使颗粒间致密化，形成具有所需电学性能

（铁电性、压电性、高介电常数）的陶瓷膜。烧结气氛（空气、氧气、氮气）和升降温速率对最终性能至关重要。

　　关键挑战与注意事项

　　1.浆料稳定性：钛酸钡纳米/亚微米颗粒极易团聚。必须优化分散剂选择和分散工艺（球磨时间/强度、超声功

率/时间），确保浆料在喷涂过程中保持稳定不沉降、不分层、不团聚。堵塞喷头是最常见的问题之一。

　　2.浆料流变性：粘度过高雾化困难，过低则易流淌导致膜厚不均。需找到适合雾化和成膜的粘度窗口。

　　3.“咖啡环”效应：液滴边缘蒸发快于中心，导致溶质（颗粒）向边缘迁移堆积形成环状不均匀。可通过优化

浆料（添加流平剂、调整表面张力）、基底加热（促进均匀蒸发）、调整喷涂参数（小液滴、快速干燥）来抑制。

　　4.裂纹控制：干燥收缩和烧结收缩可能导致裂纹。优化浆料（固含量、粘合剂含量）、控制干燥和烧结（特

别是排胶）速率是关键。

　　5.厚度均匀性：喷头移动路径、速度、重叠率、边缘效应等都需要精确控制，尤其在大面积喷涂时。

　　6.膜层致密度：初始颗粒大小、浆料固含量、分散效果、烧结制度共同影响最终膜的致密度。致密度对介电、

压电性能影响巨大。

　　7.界面与附着力：确保薄膜与基底的良好结合力，避免剥离。

　　应用方向

　　*薄层/多层陶瓷电容器：制造更薄、更高容量的介电层。

　　*压电传感器/执行器：沉积压电薄膜层。

　　*铁电存储器：制备铁电薄膜。

　　*热释电探测器：沉积热释电材料层。

　　*功能涂层：如用于电子器件的绝缘层、介电层。

　　*能源材料：如在某些电池或超级电容器中作为功能组分。

　　总结

　　超声波喷涂是制备高质量钛酸钡薄膜的一种极具前景的技术，尤其在大面积、低成本、精确厚度控制方面优

势明显。其成功的关键在于稳定、均匀且流变性合适的浆料配方以及对喷涂参数（液滴大小、基底温度、运动控

制等）的精确优化，以克服团聚、不均匀沉积和开裂等问题。结合后续精确控制的热处理工艺，可以获得满足各

种电子器件需求的钛酸钡功能薄膜。

　　如果你正在进行具体的实验或开发，建议重点关注浆料分散工艺和喷涂参数（特别是基底温度）的优化，这两

个环节往往是决定成败的核心。需要设备建议或参数调试方面的帮助，也可以进一步探讨。