一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料及其制备方法，所述多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的组成通式为δPbTiO3‑

【技术实现步骤摘要】
一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种热释电陶瓷材料及其制备方法，具体涉及一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]热释电效应是指具有自发极化的材料在温度变化后产生电荷的效应，具有这一性质的材料被用于红外探测、热
‑
电能量转换、热焦耳应用等方面，而其中热释电陶瓷，由于性能稳定、成本低廉、制备简单等优势，应用最为广泛。
[0003]锆钛酸铅(PbZr1‑
x
Ti
x
O3，PZT)是ABO3型钙钛矿结构的二元系固溶体，其铁电性是在研究各种钙钛矿型化合物固溶体性能时发现的。1954年，B.Jaffe首先揭示了PZT陶瓷优异的压电性能，迄今为止该体系一直在压电陶瓷的研究和应用领域占据主导地位。富锆PZT陶瓷由于具有适中的热释电系数、稳定且较低的介电常数和介电损耗，在热释电应用方面具有得天独厚的优势，目前以PZT陶瓷作为核心敏感元的热释电传感器在军用和民用方面应用广泛。
[0004]研究结果表明，采用离子掺杂和引入多元系等技术途径能够显著改善PZT陶瓷的烧结特性和电学性能，尤其是多元系的引入能够使得体系在特定温度下的相界由点扩展为线，从而能够在更大范围调节材料的性能。实际上，经第三组元改性的PZT压电陶瓷具有不同的技术特点，如锆钛酸铅
‑
铌镁酸铅(PZT
‑
PMN)体系具有高径向压电耦合系数k
p
、高介电常数ε
r
、较大的机械品质因子Q
m
值；锆钛酸铅
‑
铌锌酸铅(PZT
‑
PZN)体系温度稳定性好、致密度高、绝缘性能好；锆钛酸铅
‑
锑锰酸铅(PZT
‑
PMnS)体系具有介电损耗tanδ小、稳定性良好以及Q
m
可大范围调节等优点。
[0005]在上述经验的启发下，为了获得更为优异的综合性能和改善烧结性能，离子掺杂和引入第三组元成为富锆PZT热释电陶瓷改性的常见手段。如S.T.Liu等[文献1：Ferroelectrics,3,281,1972]制备了掺La的PZT陶瓷，其热释电系数可提高到18
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10
‑8C
·
cm
‑2·
K
‑1，远高于纯PZT陶瓷的数值。R.W.Whatmore等在PZT体系中引入铌铁酸铅(PFN)第三组元[专利：US4869840A]形成PZT
‑
PFN三元系，显著改善了PZT陶瓷的综合热释电性能和烧结性能。英国GEC
‑
Marconi公司使用混成式技术，以PZT
‑
PFN陶瓷作为敏感材料，推出了不同像元的红外焦平面阵列器件，均获得极大成功，奠定了该公司在民用热释电成像领域的领先地位。引入第三组元并结合掺杂改性的PZT基热释电陶瓷还包括PZT
‑
PZN体系[专利：US5141903]、PZT
‑
PMN体系[专利：US6329656B1]、PZT
‑
PMnS体系[专利：CN1583665A]等。
[0006]近年来，四元系乃至更多元系的PZT压电陶瓷不断涌现，这是因为多元系能更有效地综合各个组元的特点。如锆钛酸铅
‑
铌镁酸铅
‑
铌锰酸铅(PZT
‑
PMN
‑
PMnN)四元系具有高k
p
、高Q
m
、低介电损耗、力学性能优异等优点，是大功率压电变压器及其他功率型器件的优选材料体系。但是，四元系PZT陶瓷在热释电探测方面的研究及应用报道尚未出现，对此方面的研究及应用是这一领域的重要研究方向。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在开发具有更优异热释电性能的陶瓷材料，本专利技术提供一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料及其制备方法，以填补四元系PZT陶瓷在热释电探测方面的研究及应用领域的空白。
[0008]一方面，本专利技术提供了一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料，所述多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的组成通式为酸铅基热释电陶瓷材料的组成通式为其中：0.05≤δ≤0.20，0＜η≤0.05，1≤x≤3。
[0009]本专利技术中，四元系PZT热释电陶瓷材料是在在富锆PZT陶瓷基体中引入铌镁酸铅(PMN)和锑锰酸铅(PMnS)形成四元系固溶体，同时采用Mn离子掺杂改性，获得了一种综合性能优异的热释电陶瓷材料，拓展了现有富锆PZT热释电陶瓷的种类，可应用于非制冷红外热释电探测领域。
[0010]较佳的，所述热释电陶瓷材料极化后在1kHz频率下测试的室温介电常数小于250，介电损耗小于0.02。
[0011]较佳的，所述热释电陶瓷材料极化后在1kHz频率下测试的室温介电常数为190～240，介电损耗为0.008～0.015。
[0012]较佳的，所述多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的热释电系数为3.2～5.7
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K。
[0013]另一方面，本专利技术还提供了一种制备上述的多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的方法，包括：(1)以ZrO2、TiO2、Pb3O4、Nb2O5、Mg2(OH)2CO3、Sb2O3及Mn源作为原料，按照所述多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的组成通式进行配料并混合，得到原料粉体；(2)将所得原料粉体于800～900℃下进行煅烧，得到陶瓷粉体；(3)将所得陶瓷粉体压制成型，得陶瓷坯体；(4)将所得陶瓷坯体在1150～1250℃下进行烧结，得到所述多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料。
[0014]较佳的，所述Mn源为Mn的氧化物、或Mn的碳酸盐。
[0015]较佳的，所述煅烧的时间为2～4小时；所述烧结的时间为1～3小时。
[0016]较佳的，在压制成型之前，将陶瓷粉体和粘结剂混合进行造粒；且在压制成型之后，先将陶瓷坯体在700～900℃下进行排塑，再进行烧结；优选地，所述粘结剂选自聚乙烯醇PVA和聚乙烯醇缩丁醛酯PVB中的至少一种，加入量为陶瓷粉体的2～8wt％。
[0017]较佳的，在烧结之前，采用与陶瓷坯体相同组成的陶瓷粉体覆盖所述陶瓷坯体，然后放入密闭氧化铝坩埚中。
[0018]较佳的，将所得多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料披覆银电极后，置于80～95℃的硅油中，在4～8kV/mm的电压下极化10～30分钟。
[0019]又，较佳的，将所得多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料陶瓷材料加工成所需尺寸的样品，采用丝网印刷被覆银浆，烘干，然后将烘干的样品在700～800℃温度下烧银，得到银电极。再将所得表面披覆银电极的样品放入硅油中在一定温度下进行高压极化，样品极化完成清洗干净，进行性能测试。
[0020]有益效果：
与现有技术相比，本专利技术的热释电陶瓷材料具有以下优点：具有较大的热释电系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料，其特征在于，所述多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的组成通式为δPbTiO3‑
ηPb(Mg
1/3
Nb
2/3
)O3‑
φPb(Mn
1/3
Sb
2/3
)O3‑
(1
‑
δ
‑
η
‑
φ)PbZrO3+xwt.%MnO2，其中：0.05≤δ≤0.20，0＜η≤0.05，0＜φ≤0.05，1≤x≤3。2.根据权利要求1所述的多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料，其特征在于，所述热释电陶瓷材料极化后在1kHz频率下测试的室温介电常数小于250，介电损耗小于0.02。3.根据权利要求2所述的多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料，其特征在于，所述热释电陶瓷材料极化后在1kHz频率下测试的室温介电常数为190～240，介电损耗为0.008～0.015。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料，其特征在于，所述多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的热释电系数为3.2～5.7
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K。5.一种制备权利要求1
‑
4中任一所述的多元系锆钛酸铅基热释电陶瓷材料的方法，其特征在于，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少波，姚春华，董显林，王根水，
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：