本发明专利技术涉及钛酸铋钠-钛酸钡无铅透明电光陶瓷及其制备方法，该电光陶瓷的化学组成为(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-xBaTiO3，其中0.05≤x≤0.08，制备方法包括：以Na2CO3、Bi2O3、TiO2、BaCO3为原料按化学计量比配料并球磨混合均匀制得粉料；将粉料在850～950℃保温2～4小时制得合成料；将合成料粉碎、过筛、球磨、加粘结剂压制成型制得坯体；以及将坯体置于烧结炉中以200℃～250℃/小时从室温升至800℃～850℃保温0.5～1.5小时；然后以100℃/小时升温并逐渐加压至200～250MPa，此后保持压力不变，升温至1000℃～1050℃后保温2小时，再以50℃/小时升温到1100℃～1200℃保温保压8～24小时后卸压，以100℃/小时降温到900℃后随炉冷却至室温，其中升温开始时通入流量为3～5公升/分钟氧气直至卸压时停止通入氧气。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于透明功能陶瓷材料领域，具体涉及一种。
技术介绍
光通信的发展与光无源器件(光开关、光衰减器、光耦合器)密切相关，而光无源器件的质量很大程度上取决于制备光无源器件的材料。目前国内外光无源器件上广泛应用的电光材料为铌酸锂单晶材料，这类钙钛矿结构的晶体具有较强的一次电光效应和较高的居里温度以及很高的响应速度。但是由于生长技术长期得不到突破，目前还很难生长出符合化学计量比的铌酸锂晶体，使其性能难以满足客观要求。另外与电光陶瓷相比，铌酸锂的电光系数较低，材料制备和器件设计的成本较高，难以制备较大的尺寸以及组分的均匀性等问题促使材料科研人员加速了电光陶瓷的研究。目前广泛研究的电光陶瓷主要是以PLZT (镧掺杂的锆钛酸铅)以及PLMN-PT (镧掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅)为主。PLZT锆钛酸铅基是一类镧掺杂改性的弛豫透明铁电陶瓷，与铌酸锂单晶相比，PLZT具有更高的电光系数和透光性，较低的插入损耗和更宽的传输波长范围，响应速度快，工作电压低，驱动电压随温度变化稳定等特点。目前对透明电光陶瓷的研究主要集中在PLZT材料上，通过近40年的研究和积累，已有大量的PLZT透明陶瓷的研究和应用报告，但这类材料具有显著的电场诱导效应、偏振依赖散射损失等缺点，使得该类透明电光陶瓷在光通信技术中受到了一定的限制。镧掺杂的铌镁酸铅-钛酸铅PLMN-PT透明电光陶瓷是上世纪90年代以来新出现的一类透明电光陶瓷。与PLZT相比其电光系数高3-5倍，电场诱导效应较弱，透光性较好。但是这类材料与PLZT相比制备工艺复杂，材料的性能稳定性差，目前国内只有少量的文献和专利报道，还未像PLZT —样形成稳定的产品供应。随着电子信息技术的飞速发展，现在对电子元器件的小型化、功能化、低成本、高稳定性的要求更高，电光陶瓷材料及其应用研究也正在加深，期望得到具有性能好、品种多、增值高、污染少等优点的电光陶瓷材料。目前大规模使用的电光陶瓷材料主要是性能优异的以PZT为基的二元系(PLZT)及多元系陶瓷(PLMNT-PT)，但是PbO(或Pb3O4)含量约占其原料总量的60%左右，PbO有毒、高温下具有挥发性，在材料的制备过程中危害环境。另夕卜，含铅器件废弃后也会给人类及生态环境带来危害，如果将其回收实施无公害处理，所需成本将很高，甚至远高于当初器件的制造成本。钛酸铋钠(Naa5Bia5)T13(NBT)是一种A位由Na+和Bi3+组成复合离子的钙钛矿结构铁电体，在室温下剩余极化强度Pr较大(38 μ C/cm2)，因而具有很强的铁电性，是一种人们较为关注的无铅铁电材料。但纯NBT陶瓷矫顽场高(Ec=73kV/cm)，在铁电相区电导率高，极化极为困难，且陶瓷中的Na2O易吸水，烧结温区狭窄，导致了陶瓷的致密性和化学物理性能稳定性欠佳。因此目前的研究以二元系NBT基无铅陶瓷为主，即向NBT陶瓷中引入BaT13 (二元系陶瓷简称NBT-BT)，在一定区域内形成准同型相界，从而提高材料的理化性能。目前人们对于NBT-BT无铅陶瓷的研究主要集中在如何提高材料的压电特性，采用的方法主要有金属或稀土元素Cu、Mn、La、Sr、Ce、Sb、Ni等元素的单一掺杂或混合掺杂；以及利用新的陶瓷制备技术如水热合成法、溶胶-凝胶和模板晶粒生长法、热压烧结法等提高陶瓷的压电性能。采用上述工艺制备的无铅压电陶瓷一般含有较多的气孔，材料的致密度较差。对于透明陶瓷来讲，一般要求材料要达到理论密度的99%以上，上述工艺方法中对于提高材料致密度最有效的是热压烧结法，目前文献中采用的烧结压力一般为40-50MPa，由于与传统的含铅透明电光陶瓷如镧掺杂的锆钛酸铅(PLZT)和镧掺杂的钛铌镁酸铅(PLMNT)相比，NBT-BT陶瓷存在两种挥发组份Na2O和Bi2O3,另外由于其烧结温度范围相对较窄，只有20°C -30°C左右。热压烧结制备NBT-BT电光陶瓷，为了彻底消除气孔，材料的烧结时间较长，相应的Na2O, Bi2O3的挥发较难控制，陶瓷的组成易偏离设计形成杂相，挥发组份挥发过程中如烧结制度控制不理想，会在材料中形成较多气孔。由于光照射在杂相和气孔处会产生光吸收、反射、折射、散射等，会造成陶瓷不透明。因此NBT-BT无铅透明电光陶瓷的制备难度远大于PLZT、PLMNT等传统透明电光陶瓷，需要采取新的制备方法来控制上述因素从而实现其透明制备要求。另一方面，电光陶瓷材料的无铅化是必然趋势，进行无铅电光陶瓷及其应用的研究开发将是一个具有现实意义的研究方向。
技术实现思路
面对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种采用较高压力进行通氧热压烧结制备的。在此，一方面，本专利技术提供一种钛酸铋钠-钛酸钡无铅透明电光陶瓷的制备方法，所述钛酸铋钠-钛酸钡无铅透明电光陶瓷的化学组成为(1-x) (Naa5Bia5) T13-XBaT13，其中0.05 < X < 0.08，所述制备方法包括如下步骤: Ca)配料混合:以Na2C03、Bi203、Ti02、BaC03为原料，按化学计量比配料并球磨混合均匀制得粉料； (b)粉料合成:将所得的粉料在850?950°C保温2?4小时制得合成料； (c)成型:将所得的合成料粉碎、过筛、球磨、加粘结剂压制成型制得坯体；以及 Cd)烧结:将所得的坯体置于烧结炉中，以200°C?250°C /小时的升温速率从室温升至800°C?850°C，保温0.5?1.5小时；然后以100°C /小时升温，并逐渐加压至200?250MPa，此后保持压力不变，升温至1000°C?1050°C后，保温2小时，再以50°C /小时升温到1100°C?1200°C，保温保压8?24小时后卸压，以100°C /小时降温到900°C，其后随炉冷却至室温，制得所述钛酸铋钠-钛酸钡无铅透明电光陶瓷，其中升温开始时通入流量为3?5公升/分钟氧气，直至卸压时停止通入氧气。本专利技术采用通氧-超高压力热压烧结法制备钛酸铋钠-钛酸钡无铅透明电光陶瓷，通过对粉体合成和烧结技术调控，采用200?250MPa的高的压力，结合温场、压力场以及氧气氛的精确控制，有助于控制烧结中挥发组份的挥发，从而可以抑制杂相生成和消除气孔，达到提高材料光学透过率和电光效应的目的，实现高致密近乎无气孔无铅NBT-BT电光陶瓷的制备，开发出具有优异电光效应的无铅透明电光陶瓷，为电光陶瓷的无铅化应用奠定一定的基础。较佳地，在步骤(a)中，所述球磨采用行星搅拌球磨机，以水和/或酒精为球磨介质，以氧化错球为磨球，以300?400转/分的转速球磨4?6小时。通过采用粉碎能力很强的行星搅拌球磨工艺和合理的球磨介质进行球磨混料，可以克服粉体堆聚现象严重的技术问题，提高各组份原料之间的均匀分布，保证后期制备的陶瓷的化学组分均匀性。较佳地，在步骤(C)中，所述过筛是过100目筛。较佳地，在步骤(C)中，所述球磨采用行星搅拌球磨机，以水和/或酒精为球磨介质，以氧化错球为磨球，以300?400转/分的转速球磨4?6小时。通过采用粉碎能力很强的行星搅拌球磨工艺和合理的球磨介质进行球磨混料，可以克服粉体堆聚现象严重的技术问题，提高合成料的均匀分布，保证后期制备的陶瓷的化学组分均匀性。较佳地，在步骤(C)中，所述压制成型本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛酸铋钠‑钛酸钡无铅透明电光陶瓷的制备方法，其特征在于，所述钛酸铋钠‑钛酸钡无铅透明电光陶瓷的化学组成为(1‑x)(Na0.5Bi0.5)TiO3‑xBaTiO3，其中0.05≤x≤0.08，所述制备方法包括如下步骤：（a）配料混合：以Na2CO3、Bi2O3、TiO2、BaCO3为原料，按化学计量比配料并球磨混合均匀制得粉料；（b）粉料合成：将所得的粉料在850～950℃保温2～4小时制得合成料；（c）成型：将所得的合成料粉碎、过筛、球磨、加粘结剂压制成型制得坯体；以及（d）烧结：将所得的坯体置于烧结炉中，以200℃～250℃/小时的升温速率从室温升至800℃～850℃，保温0.5～1.5小时；然后以100℃/小时升温，并逐渐加压至200～250MPa，此后保持压力不变，升温至1000℃～1050℃后，保温2小时，再以50℃/小时升温到1100℃～1200℃，保温保压8～24小时后卸压，以100℃/小时降温到900℃，其后随炉冷却至室温，制得所述钛酸铋钠‑钛酸钡无铅透明电光陶瓷，其中升温开始时通入流量为3～5公升/分钟氧气，直至卸压时停止通入氧气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程文秀，何夕云，仇萍荪，曾霞，夏彬，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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