一种氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷及其制备方法。首先按照化学式0.825(K

A lanthanum oxide doped potassium sodium niobate based transparent ceramics and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷及其制备方法
本专利技术属于功能陶瓷材料
，具体涉及一种氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷及其制备方法。
技术介绍
透明陶瓷是一类备受关注的新型光功能材料。由于其具有优异的铁电、机械性能以及显著的电光效应，且还具有耐高温、耐腐蚀、高硬度和高透明度等特性，使该材料被用作核试验人员及飞行人员的各种军用防具、坦克透明防弹装甲、红外导弹的窗口和整流罩、大口径火炮的点火装置等，在军事、航空领域中占据极其重要的地位。同时透明铁电陶瓷能把光、电、机械性能耦合在一起，显示出多功能特性，因而成为光纤通信、集成光学和信息处理等
的核心材料，可用于反射模显示器、电控光阀、图像存储器、光衰减器、偏振控制器、Q开关、可调谐光滤波器等器件中。除此之外，部分透明铁电陶瓷还具有储能性能，可以作为储能材料使用，这更是透明铁电陶瓷成为一些新兴学科和新兴技术得以实现的关键。近年来，利用无压烧结法制备的KNN基透明铁电陶瓷由于其高的光学透过率、优异的显微结构特性(高密度、低孔隙率、晶粒细小又均匀)和良好的储能特性而受到关注。2016年，Du等人通过在铌酸钾钠中加入第二组元来抑制晶粒生长，从而制备出在可见光区透光率达到60％的0.8(K0.5Na0.5)NbO3-0.2Sr(Sc0.5Nb0.5)O3透明陶瓷。紧接着，该课题组又在铌酸钾钠中引入铌镁酸铋等其他第二组元，结果表明:细小晶粒和弛豫行为有利于提高储能密度。同年，陕西师范大学Yang等人通过传统固相法制备了(1-x)(K0.37Na0.63)NbO3-xCa(Sc0.5Nb0.5)O3透明铁电陶瓷，研究了密闭和不密闭烧结对陶瓷光学性能的影响，发现密闭条件下光学透过率明显大于非密闭条件下的光学透过率。随后，在Yang等人的研究基础上，同课题组又制备出了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xLaBiO3透明铁电陶瓷，在x＝0.025时，陶瓷的透光率达到了最大，在可见光区达到了74％，不仅超过了之前KNN基陶瓷的报道值，也超过了大部分铅基透明陶瓷的报道值。但是，在有关铌酸钾钠基透明陶瓷的报道中，为了获得高透明性或者高的储能密度，都是通过对铌酸钾钠基陶瓷进行固溶第二组元及加入低熔点氧化物，目前对于掺杂稀土元素在铌酸钾钠基透明陶瓷的应用与发展有待深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化镧掺杂铌酸钾钠基透明陶瓷材料及其制备方法，以克服纯铌酸钾钠基陶瓷性能的不足及传统的制备方法所存在的缺陷；这种陶瓷材料具有高透明性和高储能密度，并且具有环境友好、实用性高等特性。本专利技术采用的技术方案如下：一种氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷，其特征在于，所述氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷的化学式为：0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3，其中0≤x≤0.03。上述铌酸钾钠基透明铁电陶瓷材料的制备方法如下：(1)配料按照0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3的化学计量分别称取原料K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、SrCO3、Sc2O3、La2O3混合均匀，将原料混合物装入球磨罐中，以锆球为磨球、无水乙醇为球磨介质，充分混合球磨16～24小时，将原料混合物在60～100℃下干燥1～2小时，过60目筛得到混合粉料。(2)预烧将步骤1过60目筛后的原料混合物置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，900～950℃预烧，自然冷却至室温，用研钵研磨，得到预烧后的粉料。(3)二次球磨将预烧粉装入球磨罐中，以锆球为磨球、无水乙醇为球磨介质，充分混合球磨18～24小时，分离锆球，将预烧粉在80～100℃下干燥1～2小时，用研钵研磨，过120目筛得到二次球磨后得原料粉体。(4)造粒向步骤3获得的原料粉体中加入质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液的加入量为粉体质量的5～7％，进行造粒。(5)压片将步骤4获得的粉粒陈腐24小时后在200～250MPa的压力下压制成片，得到陶瓷材料生坯压片，再进行排胶处理得到试样。(6)烧结将步骤5排胶处理后的试样以3℃/min的升温速率升温至1200～1300℃，保温4～5h，随炉自然冷却至室温，得到透明陶瓷样品。(7)抛光将步骤6烧结后的陶瓷利用研磨粉进行打磨至0.3～0.5mm厚，再利用金相抛光机抛光，用酒精搽拭干净。进一步地，步骤1中所用原料纯度均大于99.5％。进一步地，步骤2中预烧升温速率为3～5℃/min，保温时间4～5h。进一步地，步骤5中，排胶为1.5～3℃/min升到600℃保温2～5h。本专利技术的有益效果：本专利技术材料0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3，通过控制氧化镧的掺杂量提高了未掺杂稀土元素的铌酸钾钠基陶瓷的介电性能及铁电弛豫程度，使得材料的极化强度增加从而提高了材料的储能密度。当x＝0.03时，可以在提高Pmax的基础上获得高的击穿场强从而得到高的储能密度。因此本专利技术通过引入氧化镧并控制氧化镧的掺杂量克服了大多数陶瓷介质材料介电击穿场强和储能密度较低、介电损耗较大的缺点。本专利技术制备方法简单、重复性好、成品率高，所得陶瓷材料为高对称性伪立方相结构保证了良好的光学透明性，在可见光区域透射率最高可达65％，同时具有较好的铁电性能，击穿场强达310kV/cm，储能密度在1.62～2.25J/cm3，储能效率在81.9～88.9％。本专利技术材料在光学上各向同性、实用性强、易于生产，能兼顾电学性能和光学性能，是一类性能优良的新型功能陶瓷。附图说明图1是本专利技术实施例1～4中提供的0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3透明陶瓷材料的XRD图；图2是本专利技术实施例1～4中提供的0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3透明陶瓷材料在150kV/cm电场下的室温单极电滞回线。图3是本专利技术实施例4中提供的0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr0.955La0.03(Sc0.5Nb0.5)O3透明陶瓷材料在室温下的单极电滞回线。具体实施方式：下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述。实施例1本例陶瓷材料的化学式为0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3，其中x＝0。其制备方法的步骤包括：(1)配料按照0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3，x＝0的化学计量分别称取原料K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、SrCO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷，其特征在于，所述氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷的化学式为：0.825(K

【技术特征摘要】
1.一种氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷，其特征在于，所述氧化镧掺杂改性的铌酸钾钠基透明陶瓷的化学式为：0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3，其中0≤x≤0.03；该陶瓷材料在可见光区域透射率最高可达65％，储能密度为1.62～2.25J/cm3、储能效率为81.9～88.9％。


2.根据权利要求1所述的氧化镧掺杂的铌酸钾钠基透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：
(1)配料：
按照0.825(K0.5Na0.5)NbO3-0.175Sr1-3x/2Lax(Sc0.5Nb0.5)O3的化学计量分别称取原料K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、SrCO3、Sc2O3、La2O3混合均匀，将原料混合物装入球磨罐中，以锆球为磨球、无水乙醇为球磨介质，充分混合球磨16～24小时，将原料混合物在60～100℃下干燥1～2小时，过60目筛得到混合粉料；
(2)预烧
将步骤(1)过60目筛后的原料混合物置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，900～950℃预烧，自然冷却至室温，用研钵研磨，得到预烧后的粉料；
(3)二次球磨
将预烧粉装入球磨罐中，以锆球为磨球、无水乙醇为球磨介质，充分混合球磨18～24小时，分离锆球，将预烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴中华，郭恕璇，李定妍，刘卫国，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61