[發(fā)明專利]一種高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410696783.1
• 申請(qǐng)日: 2015-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104496471A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛朝梁;薛魯;董顯林;王根水;曹菲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料及其制備方法，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種鈮酸鍶鋇基無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料及其制備方法，屬于熱釋電陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熱釋電陶瓷是非制冷紅外探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵敏感元材料之一，作為本征熱釋電模式工作的鐵電陶瓷材料一般都為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)含Pb材料。具有非填滿型四方鎢青銅結(jié)構(gòu)的鈮酸鍶鋇基鐵電材料(Sr_xBa_1-xNb₂O₆，簡(jiǎn)稱SBN)由于具有不含鉛、無(wú)Pb揮發(fā)，對(duì)環(huán)境友好，以及材料性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度好，探測(cè)優(yōu)值較高，熱擴(kuò)散系數(shù)較低且可通過(guò)改變材料的組分調(diào)節(jié)電學(xué)性能等一系列優(yōu)點(diǎn)而成為一種應(yīng)用潛力巨大的本征熱釋電材料。

目前，鈮酸鍶鋇基鐵電陶瓷的居里溫度普遍偏低，極化后陶瓷樣品在加工過(guò)程中極易造成高溫退極化，如何通過(guò)引入新元素提高鈮酸鍶鋇陶瓷的溫度穩(wěn)定性成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有鈮酸鍶鋇基鐵電陶瓷的居里溫度普遍偏低、極化后在加工過(guò)程中極易造成高溫退極化的缺陷，本發(fā)明提供了一種高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料及其制備方法。

本發(fā)明提供了一種高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料，所述高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料的組成化學(xué)式為Ca_xSr_0.3-xBa_0.7Nb₂O₆，其中0＜x≤0.3。

較佳地，所述高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料的的居里溫度為190-230℃。

較佳地，所述高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料中晶粒尺寸為2—5微米。

較佳地，所述高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料在20-130℃內(nèi)使用，不會(huì)發(fā)生高溫退極化。

又，本發(fā)明還提供了一種上述高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料的制備方法，所述方法包括：

1)按照所述高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料的組成化學(xué)式稱取CaCO₃粉體、BaCO₃粉體、SrCO₃粉體和Nb₂O₅粉體，依次進(jìn)行第一次球磨混合、壓塊、在1150-1250℃下保溫、粉碎、過(guò)篩、第二次球磨，得到高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料粉體；

2)在步驟1)制備的高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料粉體中加入粘結(jié)劑后，經(jīng)造粒、陳化、過(guò)篩、成型、排塑，得到高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料的陶瓷坯體；

3)將步驟2)制備的陶瓷坯體，在1300-1400℃燒結(jié)，得到所述高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料。

較佳地，步驟1)中，第一次球磨包括濕法球磨，球磨料、球磨介質(zhì)以及無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:1.0:0.6～1:1.5:1.2，球磨時(shí)間為12～24小時(shí)，所述球磨介質(zhì)為瑪瑙球；第一次球磨后烘干、過(guò)篩，再進(jìn)行壓塊。

較佳地，步驟1)中，第二次球磨包括濕法球磨，球磨料與球磨介質(zhì)和無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:1.5:0.4～1:2.0:0.8，球磨時(shí)間為24～48小時(shí)，所述球磨介質(zhì)為瑪瑙球；第二次球磨后烘干。

較佳地，步驟1)中，以1—4℃/min的速率升溫至1150-1250℃，保溫2～4小時(shí)。

較佳地，步驟2)中，粘結(jié)劑是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～6％的聚乙烯醇水溶液，所述聚乙烯醇溶液的加入量為高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料粉體質(zhì)量的6～8％；陳化時(shí)間為22～26小時(shí)；排塑條件是在750～850℃下排塑1～2小時(shí)。

較佳地，步驟3)中，以1～4℃/min的速率升溫至1300～1400℃，然后保溫2～4小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果：

1、所制備的高居里溫度無(wú)鉛熱釋電陶瓷材料不僅具有晶粒尺寸小(2～5μm)，介電常數(shù)適中，在室溫下呈典型的鐵電相優(yōu)點(diǎn)，居里溫度可達(dá)到220℃，能夠與PZT系含鉛熱釋電陶瓷相比擬；

2、本發(fā)明的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需特殊設(shè)備、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合規(guī)模化生產(chǎn)，符合工業(yè)化生產(chǎn)要求。

附圖說(shuō)明

圖1示出了實(shí)施例2制得的陶瓷材料的掃描電鏡照片；

圖2示出了對(duì)比例1以及實(shí)施例1～6所制得的陶瓷材料的X射線衍射圖；

圖3示出了對(duì)比例1以及實(shí)施例1～6制得的陶瓷材料在100Hz頻率下測(cè)得的介電常數(shù)和介電損耗隨溫度的變化曲線圖；

圖4示出了實(shí)施例3制得的熱釋電陶瓷經(jīng)過(guò)極化后，其熱釋電系數(shù)隨溫度的變化曲線。

具體實(shí)施方式