本发明专利技术涉及一种新型爆电换能用铁电陶瓷材料及其制备方法，该铁电陶瓷材料化学成分符合化学通式(1‑x)PbZrO3‑xBa(Mg1/3Nb2/3)O3，其中0.01≤x≤0.05，优选0.025≤x≤0.035。本发明专利技术的爆电换能用铁电陶瓷材料具有剩余极化强度高、极化样品在较低的等静压力下相变退极化等特点，可满足制作爆电换能元件的要求。
A New Ferroelectric Ceramic Material for Explosive Power Conversion and Its Preparation Method
The present invention relates to a new type of ferroelectric ceramic material for explosive energy conversion and its preparation method. The chemical composition of the ferroelectric ceramic material conforms to the general chemical formula (1 x) PbZrO 3 xBa (Mg1/3Nb2/3) O 3, of which 0.01 < x < 0.05, and 0.025 < x < 0.035 is preferred. The ferroelectric ceramic material for explosive energy conversion has the characteristics of high residual polarization strength, phase change depolarization of polarized sample under low isostatic pressure, and can meet the requirements of making explosive energy conversion elements.
【技术实现步骤摘要】
一种新型爆电换能用铁电陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锆酸铅基陶瓷材料及其制备方法，具体说，是涉及一种新型爆电换能用铁电陶瓷材料及其制备方法，属于铁电陶瓷材料
技术介绍
铁电体脉冲电源的工作原理为：处于相界处的铁电体材料，极化之后具有一定的剩余极化强度Pr，在冲击波作用下，极化的铁电体材料可以在几微秒的时间内迅速退极化释放表面的束缚电荷，从而输出强的电流脉冲(低阻抗负载时)或电压脉冲(高阻抗负载时)能量。这种装置在具有高储能密度的脉冲电源器间上有重要应用。目前，在利用铁电陶瓷作为脉冲电源的研究和应用中最为广泛的是PZT95/5铁电陶瓷(Pb(Zr0.95Ti0.05)O3；锆钛比为95：5的锆钛酸铅铁电陶瓷)材料。PZT95/5铁电陶瓷材料处于铁电-反铁电相界附近，室温下为反铁电相，极化之后变为亚稳态的铁电相，在冲击应力作用下瞬间完全退极化释放表面束缚电荷变为反铁电相。所释放的能量可以达到兆瓦级，尤其在爆电换能方面得到广泛应用。但是PZT95/5铁电材料在40-50℃温度范围内有一个高低温相变FRLT-FRHT，降低了材料的稳定性，限制了某些环境下的应用。因此，能够制得没有这种高低温相变，并且材料极化后剩余极化强度高，应力诱导相变退极化的材料为研究的一个热点。
技术实现思路
针对现有技术的以上问题，本专利技术的目的在于提供一种材料极化后剩余极化强度高、应力诱导相变退极化、且没有上述那样高低温相变的陶瓷材料及制备方法，该陶瓷材料能够应用于爆电换能。在此，一方面，本专利技术提供一种爆电换能用铁电陶瓷材料，化学成分符合化学通式(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3，其中0.01≤x≤0.05。本专利技术的爆电换能用铁电陶瓷材料具有剩余极化强度高、极化样品在较低的等静压力下相变退极化等特点，可满足制作爆电换能元件的要求；与目前广泛应用于爆电换能的PZT95/5陶瓷相比，无高低温铁电相变(FRLT-FRHT)，可解决PZT95/5爆电换能材料的高温下储能密度的降低特性。较佳地，0.025≤x≤0.035。较佳地，在电场为3kV/mm时，所述铁电陶瓷材料的剩余极化强度能够达到30.8μC/cm2以上。另一方面，本专利技术提供一种上述铁电陶瓷材料的制备方法，包括：固相法合成MgNb2O6粉体；按照化学通式(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3称取化学计量比的Pb源、Zr源、Ba源和所述MgNb2O6粉体并均匀混合，得到混合粉体；将所述混合粉体压块，在富铅气氛下合成(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体；将所述(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体粉碎、过筛、研磨，烘干后加入粘结剂造粒，经陈化、过筛、成型、排塑，制得坯体；将所述坯体在富铅气氛下进行烧结，得到所述铁电陶瓷材料。本专利技术采用前驱体合成法，利用制备的铌铁矿前躯体和Pb源、Zr源、Ba源混合，合成(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体后制成坯体，经烧结得到(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3铁电陶瓷材料。采用前驱体合成法具有容易获得纯钙钛矿结构陶瓷、工艺简单、成本低、无需特殊设备等优点。通过调控Ba(Mg1/3Nb2/3)O3组分含量，可以使本专利技术的铁电陶瓷材料极化后剩余极化强度高(3kV/mm时为30μC/cm2)，还可以使本专利技术的铁电陶瓷材料在较低的等静压力(200～238MPa)下相变退极化，可应用于爆电换能；通过组成设计调节x组分，可以使本专利技术的铁电陶瓷材料没有高低温相变FRLT-FRHT，从而有望成为未来更理想的爆电换能材料。本专利技术的制备方法具有工艺简单、无需特殊设备、成本低等优点，适合规模化生产，能满足工业化需求。较佳地，固相法合成MgNb2O6粉体包括：以MgCO3、Nb2O5粉体为原料，按化学式MgNb2O6称取化学计量比的MgCO3、Nb2O5粉体混合均匀、烘干、压块，在大气气氛下于1000～1100℃保温1～5小时，得到组成为MgNb2O6的铌铁矿前躯体，将所述前驱体粉碎、过筛，得到所述MgNb2O6粉体。本专利技术中，可以在将所述MgCO3、Nb2O5粉体混合均匀、烘干后且压块前，加入质量为所述MgCO3、Nb2O5粉体总质量5～15％的水。较佳地，所述Pb源为Pb3O4，所述Zr源为ZrO2，所述Ba源为BaCO3。较佳地，合成(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体的温度为800～900℃，保温时间1～5小时。较佳地，所述粘结剂为聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛，所述粘结剂的使用量为所述(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体质量的6～7％。较佳地，所述陈化的时间为22～26小时。较佳地，所述排塑的温度为800～850℃，保温时间为1～4小时。较佳地，所述烧结的温度为1300～1350℃，保温时间为1～6小时。附图说明图1为实施例1制得的新型爆电换能用铁电陶瓷材料在不同电场条件下的电滞回线图；图2为实施例1制得的已极化新型爆电换能用铁电陶瓷材料的等静压下退极化过程图；图3为实施例1制得的已极化新型爆电换能用铁电陶瓷材料在不同频率下的介电温谱图。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术涉及一种新型爆电换能用铁电陶瓷材料,其组成化学通式为(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3,其中x＝0.01～0.05，优选0.025～0.035。本专利技术的陶瓷材料是采用前驱体合成法，利用制备的铌铁矿前躯体和Pb源、Zr源、Ba源混合，合成(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体后制成坯体，经烧结得到的。本专利技术的制备方法具有工艺简单、无需特殊设备、成本低等优点，适合规模化生产，能满足工业化生产。以下，具体说明本专利技术的制备(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3铁电陶瓷材料的方法。首先，制备铌铁矿前躯体，其化学组成为MgNb2O6。本专利技术中，采用固相法合成MgNb2O6前躯体。具体地，以MgCO3、Nb2O5粉体为原料，按化学式MgNb2O6称取化学计量比的MgCO3、Nb2O5粉体混合均匀、烘干、压块，在大气气氛下于1000～1100℃保温1～5小时(例如2小时)，得到MgNb2O6前躯体。MgCO3、Nb2O5粉体的混合方法可以采用湿法球磨工艺等。在一个示例中，MgCO3、Nb2O5粉体的混合例如包括：球磨料、球磨介质和去离子水的质量比为1：(1～1.5)：(0.6～1.0)，球磨时间为12～24h，球磨介质可以是钢球、锆球或玛瑙球等。本专利技术中，可以在将所述MgCO3、Nb2O5粉体混合均匀、烘干后，压块前，加入总粉体质量5～15％(例如10％)的水，由此，可以使粉体反应更完全。MgCO3、Nb2O5混合粉体的压块可以采用平板硫化机法，包括将粉体加入模具中，放在平板硫化机上两面加4～8MPa的压力，保压10～30秒，卸压，压制成型。通过如上固相法制备的MgNb2O6前躯体，可以更容易获得纯的钙钛矿结构。制备得到的MgNb2O6前躯体经粉碎、过筛(例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种爆电换能用铁电陶瓷材料，其特征在于，化学成分符合化学通式(1‑x)PbZrO3‑xBa(Mg1/3Nb2/3)O3，其中0.01≤x≤0.05，优选0.025≤x≤0.035。
【技术特征摘要】
1.一种爆电换能用铁电陶瓷材料，其特征在于，化学成分符合化学通式(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3，其中0.01≤x≤0.05，优选0.025≤x≤0.035。2.根据权利要求1所述的铁电陶瓷材料，其特征在于，在电场为3kV/mm时，所述铁电陶瓷材料的剩余极化强度能够达到30.8μC/cm2以上。3.一种权利要求1或2所述的铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：固相法合成MgNb2O6粉体；按照化学通式(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3称取化学计量比的Pb源、Zr源、Ba源和所述MgNb2O6粉体并均匀混合，得到混合粉体；将所述混合粉体压块，在富铅气氛下合成(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体；将所述(1-x)PbZrO3-xBa(Mg1/3Nb2/3)O3粉体粉碎、过筛、研磨，烘干后加入粘结剂造粒，经陈化、过筛、成型、排塑，制得坯体；将所述坯体在富铅气氛下进行烧结，得到所述铁电陶瓷材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，固相法合成MgNb2O6粉体包括：以MgCO3、Nb2O5粉体为原料，按化学式MgNb2O6...
【专利技术属性】
技术研发人员：王根水，苏日古，聂恒昌，董显林，
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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