一种热释电传感器用敏感元材料大尺寸制备方法技术

本发明专利技术涉及一种热释电传感器用敏感元材料大尺寸制备方法，具体涉及一种大尺寸的高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料及其制备方法，所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的化学式Ba

A large-scale preparation method of sensitive element materials for pyroelectric sensors

【技术实现步骤摘要】
一种热释电传感器用敏感元材料大尺寸制备方法
本专利技术涉及一种热释电传感器用敏感元材料大尺寸制备方法，具体涉及一种大尺寸(例如4英寸)的高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料及其制备方法，属于热释电陶瓷材料

技术介绍
钛酸锶钡(BST,Ba1-xSrxTiO3，0≤x≤1)陶瓷材料由于具有可调居里温度、高介电常数、低介电损耗等特点，使其成为非常重要的热释电型非制冷红外焦平面用候选材料。在实际应用中，随着对探测距离及精度要求的提高，目前的非制冷红外焦平面器件的像元数越来越大，已经达到320×240及640×480。如此多的像元数，要求BST陶瓷的尺寸较大；同时，为了与后续半导体工艺兼容，并满足产业化的需要，一般要求BST热释电陶瓷能够达到4英寸，即Φ100mm。第二，使用BST热释电陶瓷材料制作非制冷红外焦平面器件时，需要将其减薄到几十微米，这是由于越薄的基片可使吸收同样红外热量时温度变化更大，从而可以提高器件的灵敏度，这就需要BST陶瓷具有很高的致密度，才能够满足减薄加工的需要；另外，由于BST陶瓷工作时需要外加电场，如果BST陶瓷的致密度较低，存在较多气孔，则容易在加工过程中引入绝缘性能较差的杂质，引起导通，使探测器存在较多盲点直至无法使用，因此也要求BST陶瓷的致密度很高，一般来讲，需要其相对密度达到98％以上。然而，由于功能陶瓷存在的固有脆性，尺寸越大的陶瓷材料，越难以成型和烧结，存在成型时易分层、易开裂，烧结时易开裂、难致密、不均匀等问题。所以，如何有效地解决大尺寸、高致密BST陶瓷的制备问题，使BST热释电陶瓷材料能满足制作非制冷红外焦平面器件的要求，是目前BST热释电陶瓷材料研究中亟需解决的。
技术实现思路
为解决现有技术制备大尺寸(例如，至少4英寸)高密度BST材料时存在成型时易分层、易开裂，烧结时易开裂、难致密、不均匀等问题，本专利技术提供一种4英寸高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料及其制备方法，以满足目前非制冷红外焦平面器件对BST材料的要求。一方面，本专利技术提供了一种高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料，所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的化学式BaxSr1-xTiO3，0≤x≤1；形状为圆片状，尺寸为直径A×厚度S，其中50mm≤A≤105mm，4mm≤S≤20mm；所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的相对密度≥99％；优选地，A为至少为4英寸。较佳的，所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料中还含有掺杂元素，所述掺杂元素选自Ca、Y、Mn、Sm中的至少一种。另一方面，本专利技术还提供了一种上述的高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的化学式称取化学计量比的BaCO3粉体、SrCO3粉体和TiO2粉体作为原料粉体，混合均匀后，得到混合粉体；优选地，所述混合粉体中还加入掺杂元素对应的氧化物；(2)将所得混合粉体烘干后压块，在通氧气氛下合成，合成温度为1000～1200℃，保温时间为1～3小时，得到BST粉体；(3)将步骤(3)得到的BST粉体进行粉碎、过筛，再用搅拌磨工艺使粉体混合均匀；(4)出料后烘干，加入粘结剂，再经造粒、陈化、过筛步骤之后，进一步经过预压、等静压过程，制得BST坯体；(5)将步骤(4)得到的BST坯体在氧气气氛下进行烧结，烧结的工艺条件为：以1～4℃/min的速度升温；当升温到800～1000℃时开始通氧气，氧气流量为1～3L/min；当升温到1350～1450℃时，保温3～5小时；随炉冷却至室温，关闭氧气，即得4英寸高密度BST陶瓷。较佳的，步骤(1)中，采用湿法球磨工艺使原料混合均匀，所述湿法球磨工艺的条件包括：料：球磨介质：去离子水的质量比＝1:(1.0～2.0):(1.0～1.5)，球磨时间为12～26小时，所述球磨介质为氧化锆球。较佳的，步骤(2)中，在烘干之后、且压块之前加入总粉体4％～10％质量的去离子水。较佳的，步骤(3)中，BST粉体在进行搅拌磨工艺之前，过40目筛。较佳的，步骤(3)中，所述搅拌磨工艺的条件为：球磨料：球磨介质：去离子水的质量＝1:(1.5～2.0):(0.5～1.0)，球磨时间为24～48小时，所述球磨介质为氧化锆球。较佳的，步骤(4)中，所述粘结剂选用无水酒精，加入量为BST粉体质量的10％～20％。较佳的，步骤(4)中，所述陈化的时间为0～0.5小时；较佳的，步骤(4)中，所述预压、等静压过程所用模具直径大小为60～140mm。较佳的，步骤(4)中，所述等静压成型的压力为(2.0～3.0)×103千克力。较佳的，步骤(4)中，所述排塑的温度为600～800℃。有益效果：(1)本专利技术的BST热释电陶瓷材料不仅具有4英寸大(～Φ100mm)、致密度高(相对密度≥99％)，且样品纯度高、性能高、均匀性好，可满足制作非制冷红外焦平面器件的要求，有效的解决了大尺寸(例如4英寸)功能陶瓷难成型、易开裂、难致密、不均匀的问题；(2)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。附图说明图1为实施例1制得的4英寸高密度BST热释电陶瓷的照片；图2为实施例1制得的4英寸高密度BST热释电陶瓷材料经表面抛光、热腐蚀后的扫描电镜照片；图3为实施例1制得的4英寸高密度BST热释电陶瓷材料在外加直流电场下介电常数及介电损耗随温度的变化曲线图；图4为实施例1制得的4英寸高密度BST热释电陶瓷材料在外加直流电场下采用准静态方法测试的热释电系数随温度的变化曲线图。具体实施方式以下通过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。在本公开中，本专利技术高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料是以普通固相法制粉、等静压成型和通氧烧结工艺而成。具体来说，主要过程如下：以BaCO3、SrCO3和TiO2粉体为主要原料，在一定媒质中进行球磨，并在一定温度下煅烧，之后粉碎、过筛、细化，然后烘干，加入粘结剂，经造粒、陈化、过筛，并经等静压成型、排塑等步骤，最后在氧气下烧结制备得到。以下示例性地说明本专利技术提供的高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的制备方法。按照通式BaxSr1-xTiO3(0≤x≤1，BST)称取化学计量比的BaCO3、SrCO3和TiO2粉体等作为原料粉体，采用湿法球磨工艺使所有粉体混合均匀，得到混合粉体。优选化学通式中可以加入各种掺杂元素，如Ca、Y、Mn、Sm等，其所对应加入粉体为掺杂元素对应氧化物。所述湿法球磨工艺条件为：料：球磨介质：去离子水的质量比为1:(1.0～2.0):(1.0～1.5)，球磨时间为12～26小时，所述球磨介质为氧化锆球。将混合粉体烘干后压块，在通氧气氛下合成，合成温度为1000～1200℃，保温时间为1～3小时，得到BST粉体。将BST粉体进行粉碎、过筛，再用搅拌磨工艺使粉体混合均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料，其特征在于，所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的化学式Ba

【技术特征摘要】
1.一种高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料，其特征在于，所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的化学式BaxSr1-xTiO3，0≤x≤1；形状为圆片状，尺寸为直径A×厚度S，其中50mm≤A≤105mm，4mm≤S≤20mm；所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的相对密度≥99%；优选地，A为至少为4英寸。


2.根据权利要求1所述的高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料，其特征在于，所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料中还含有掺杂元素，所述掺杂元素选自Ca、Y、Mn、Sm中的至少一种。


3.一种权利要求1或2所述的高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照所述高密度钛酸锶钡热释电陶瓷材料的化学式称取化学计量比的BaCO3粉体、SrCO3粉体和TiO2粉体作为原料粉体，混合均匀后，得到混合粉体；优选地，所述混合粉体中还加入掺杂元素对应的氧化物；
（2）将所得混合粉体烘干后压块，在通氧气氛下合成，合成温度为1000～1200℃，保温时间为1～3小时，得到BST粉体；
（3）将步骤（3）得到的BST粉体进行粉碎、过筛，再用搅拌磨工艺使粉体混合均匀；
（4）出料后烘干，加入粘结剂，再经造粒、陈化、过筛步骤之后，进一步经过预压、等静压过程，制得BST坯体；
（5）将步骤（4）得到的BST坯体在氧气气氛下进行烧结，烧结的工艺条件为：以1～4℃/min的速度升温；当升温到800～1000℃时开始通氧气，氧气流量为1～3L/min；当升温到1350～1450℃时，保温3～5小时；随炉冷却至室温...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚春华，郭少波，
申请(专利权)人：苏州英瑞传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32