[發明專利]一種提高PZT95/5鐵電陶瓷介電擊穿強度的方法

無效

• 申請號: 201410157942.0
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103951423A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 董顯林;王軍霞;陳學鋒;王根水;聶恒昌
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/628
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種提高PZT95/5鐵電陶瓷介電擊穿強度的方法，屬于功能陶瓷材料技術領域。

背景技術

PZT95/5鐵電陶瓷是鋯鈦比（Zr/Ti）在95/5附近的一類鋯鈦酸鉛Pb(Zr_1-xTi_x)O₃(簡稱PZT)陶瓷材料的總稱，其組成位于鐵電-反鐵電相界附近，具有豐富的相結構和顯著的外場誘導相變非線性效應。極化的PZT95/5鐵電陶瓷具有剩余極化強度P_r，能儲存一定的能量。在沖擊波加載作用下，發生鐵電-反鐵電相變，極化時儲存的能量在幾微秒的短時間內迅速去極化，瞬間釋放束縛電荷，在負載上產生兆瓦級功率的脈沖能量，可以用作高功率脈沖電源，在高技術領域中具有重要應用。在鐵電體脈沖電源應用中，PZT95/5鐵電陶瓷的介電擊穿是一個備受關注的問題，它直接影響到器件設計的閾值、體積和工作可靠性。因此，提高PZT95/5鐵電陶瓷的介電擊穿強度具有十分重要意義。

根據弱點擊穿強度理論，不均勻固體介質的介電擊穿主要由材料的弱點造成，當某種弱點上集中了較強的電場，最早達到發生擊穿的條件，在弱點擊穿處就會形成貫穿通道，在外電路上就出現了擊穿短路的現象。對于陶瓷材料而言，其弱點包括氣孔、雜質、裂紋、晶界和第二相等，其中晶界引發擊穿現象是材料發生介電擊穿的主要原因之一。如果在陶瓷中引入適量的具有高介電強度的物質來增強晶界的抗電擊穿強度，可望提高材料的擊穿強度。然而，要實現添加物在陶瓷基體中均勻分散，不造成由于微結構的不均勻而形成新的擊穿弱點，是有相當難度的。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題和需求，本發明的目的是提供一種提高PZT95/5鐵電陶瓷介電擊穿強度的方法，以滿足PZT95/5鐵電陶瓷在能量轉換領域的應用要求。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種提高PZT95/5鐵電陶瓷介電擊穿強度的方法，是首先采用液相法使氧化鋁均勻分散在PZT95/5粉體中，然后制備成氧化鋁包覆的PZT95/5鐵電陶瓷；氧化鋁的加入量為PZT95/5粉體質量的0.5～1.0%。

作為優選方案，所述方法包括如下步驟：

a)首先配制Al³⁺濃度為0.02～0.05mol/L的鋁鹽水溶液，然后按Al³⁺與檸檬酸的摩爾比為1:1～1:1.5加入檸檬酸，攪拌混勻后，調節pH值至7.0，再向其中加入PZT95/5粉體；氧化鋁的加入量為PZT95/5粉體質量的0.5～1.0%；

b)在70～90℃下攪拌，使溶劑蒸發掉至形成粘稠的漿料，然后干燥漿料使成凝結塊，再將凝結塊經500～600℃熱處理0.5～1.5小時，研磨后得到氧化鋁包覆的PZT95/5粉體；

c)將步驟b)得到的氧化鋁包覆的PZT95/5粉體經造粒、壓制成型、升溫排塑步驟制得陶瓷素坯，然后在鉛氣氛下于1320～1380℃燒結，制備成氧化鋁包覆的PZT95/5鐵電陶瓷。

作為進一步優選方案，所述的鋁鹽為硝酸鋁。

作為進一步優選方案，步驟b)中干燥漿料的溫度為180～220℃。

作為進一步優選方案，步驟c)中的排塑溫度為700～800℃。

作為進一步優選方案，步驟c)中的燒結時間為1～2小時。

作為優選方案，所述的PZT95/5粉體的制備包括如下操作：以Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂和Nb₂O₅粉體為原料，按Pb_0.99(Zr_0.95Ti_0.05)_0.98Nb_0.02O₃化學計量比配制后，球磨使混合均勻；干燥，壓塊煅燒；再次球磨、干燥。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

通過本發明方法，可使所制備的氧化鋁包覆的PZT95/5鐵電陶瓷的介電擊穿強度相對于未經氧化鋁包覆的PZT95/5鐵電陶瓷的介電擊穿強度提高25%，可望提高所得鐵電陶瓷在能量轉換領域應用時的能量輸出能力和工作可靠性，具有應用價值和顯著性進步。

附圖說明

圖1為本發明所述的氧化鋁包覆的PZT95/5粉體的TEM照片；

圖2體現了氧化鋁的加入量對所得鐵電陶瓷的擊穿強度的影響。