[發明專利]一種無鉛透明鐵電陶瓷材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110068249.6
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112830781B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王華;劉浩男;許積文;楊玲;周尚菊;丘偉
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 瞿曉晶

本發明提供了一種無鉛透明鐵電陶瓷材料及其制備方法和應用，涉及陶瓷材料技術領域。本發明提供的無鉛透明鐵電陶瓷材料的化學組成為(1?x)K_0.5Na_0.5NbO₃?xSr(Bi_0.5Nb_0.5)O₃，x＝0.02～0.07。本發明以KNN鐵電陶瓷為基體，固溶第二組元Sr(Bi_0.5Nb_0.5)O₃后，使陶瓷材料具有透光性能；通過控制第二組元的固溶比例，有效調控陶瓷的相結構，使陶瓷處在四方相和立方相兩項共存的偽立方相結構，顯著提高陶瓷的透過率，并使陶瓷材料具備較好的鐵電性能。本發明提供的透明鐵電陶瓷材料不含鉛，且具有良好的透光性能和鐵電性能，是一種光、電功能共存且可調控的多功能陶瓷材料。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料技術領域，特別涉及一種無鉛透明鐵電陶瓷材料及其制備方法和應用。

背景技術

鈣鈦礦型氧化物因具有優異的物理性能(壓電性、鐵電性、電磁性)而引起了人們的強烈興趣，且其相結構和晶體結構可以調控，目前離子摻雜是對其性能進行優化和實現新功能較為有效的方法。具有ABO₃型鈣鈦礦結構的透明鐵電陶瓷，除具有透明陶瓷固有的優勢外，還具有鐵電、壓電、光電等多功能特性，近年來獲得了越來越多的研究。然而現有的ABO₃型鈣鈦礦透明鐵電陶瓷通常摻雜鉛，如鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)，含鉛的陶瓷材料會對環境和人體造成傷害。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種無鉛透明鐵電陶瓷材料及其制備方法和應用，本發明提供的透明鐵電陶瓷材料不含鉛，且具有良好的透光性能和鐵電性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種無鉛透明鐵電陶瓷材料，所述無鉛透明鐵電陶瓷材料的化學組成為(1-x)K_0.5Na_0.5NbO₃-xSr(Bi_0.5Nb_0.5)O₃，x＝0.02～0.07。

本發明提供了以上技術方案所述無鉛透明鐵電陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將碳酸鉀、碳酸鈉、五氧化二鈮、碳酸鍶和氧化鉍混合，將所得混合料依次進行第一球磨處理、第一預燒處理和第一冷卻，得到一級陶瓷粉體；

(2)將所述一級陶瓷粉體依次進行第二球磨處理、第二預燒處理和第二冷卻，得到二級陶瓷粉體；

(3)將所述二級陶瓷粉體依次進行造粒和壓制成型，得到壓片；

(4)將所述壓片依次進行燒結和第三冷卻，得到所述透明鐵電陶瓷材料。

優選地，所述第一球磨處理和第二球磨處理均為濕法球磨；所述濕法球磨的球磨介質為乙醇，磨球為鋯球，所述鋯球包括直徑為5mm的鋯球和直徑為8mm的鋯球，所述直徑為5mm的鋯球和直徑為8mm的鋯球的數量比為2：1；

所述第一球磨處理和第二球磨處理的轉速獨立為300～400r/min，所述第一球磨處理和第二球磨處理的球料比為2:1；所述第一球磨處理的時間為20～24h，所述第二球磨處理的時間為10～12h。

優選地，所述第一球磨處理和第二球磨處理后還分別包括將所得第一球磨粉體和第二球磨粉體依次進行干燥和過篩；所述干燥的溫度為70℃，所述過篩為過100目篩。

優選地，所述第一預燒處理和第二預燒處理的溫度獨立地為840～860℃，保溫時間獨立地為2～5h。

優選地，所述造粒用粘結劑為聚乙烯醇；所述聚乙烯醇以聚乙烯醇水溶液的形式加入，所述聚乙烯醇水溶液的質量濃度為4％。