铁电固溶体铌镥酸钡-钛酸铅制造技术

本发明专利技术涉及一种铁电固溶体铌镥酸钡-钛酸铅的制备方法及其用途。通过X-射线粉末衍射，确定该体系为钙钛矿结构，通过铁电、介电和压电测量，分析了其铁电性、介电性和压电性。基于结构和介电性的测量分析，确定了该陶瓷体系的二元无限混溶体相图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型的电功能材料，特别是涉及一种新型的铁电陶瓷材料。具体而言，本专利技术涉及到具有MPB结构且居里温度相对较高的铁电材料，以及陶瓷的制备方法、结构和电学性能。
技术介绍
铁电材料由于其优异的性能在医学、国防、民用等方面有着广泛而实际的应用。经历大约六十年的发展历程，已经发展为具有优异压电性能的倍受人们关注的阶段(1-x)Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-XPbTi03(简称PMN_PT)和(I_x)Pb (Zn1/3Nb2/3) O3-XPbTiO3 (简称PZN_PT)体系。PMN-PT和PZN-PT由于其高的机电耦合系数(k33 > 90% )和超高压电系数(d33 >2000pC/N)而成为新一代的超声换能器、传感器和驱动器的核心压电材料。但是此类材料有几点缺陷，如居里温度低(140-170°C )和MPB相变温度低(< 80°C )，容易退极化，实际应用的温度范围窄；含铅量大，在使用过程中给环境和人类健康造成危害；介电常数不够高，在介电方面的应用受到限制等。因此，我们希望探索一种新型的高居里点、高性能的无铅、少铅铁电材料，以适用当前铁电材料的发展要求。(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3-XPbTiO3(BMN-PT)和(1-x) Ba (Znl73Nb273) O3-XPbTiO3 (BZN-PT)作为新型的少铅铁电材料的研究已经有所报导，它们在一定程度上减少了铅对环境和人类的危害问题，但是居里温度仍不够高，所以，我们希望找到一种居里点更高，性能更好的固溶体系。以PbTiO3为基的铁电固溶体由于具有优越的压电性能，使其在机电转换方面的应用得到广泛的关注，而这种好的压电性能通常出现在准同型相界附近。其机制在于准同型相界附存在亚稳相，因此只需施加很小的电场就可以导致极化翻转，从而表现出很高的压电活性。同时，由于处于MPB中的两相能量比较接近，这使得它们之间更容易发生能量耦合，从而产生高的耦合系数。因此，具有MPB结构的铁电固溶体系成为寻找性能优越的铁电材料的一个重要方向。基于上面的原因，我们开展了对BLN-PT固溶体系的研究。通过对其陶瓷研究确定MPB区域，测定陶瓷的结构、介电和铁电性能，进一步研究MPB区域组分的单晶生长、结构和性能，并且系统研究该体系的结构与性能之间的关系，为探索新型铁电固溶体系提供指南。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开一种全新的铁电固溶体系(1-x)Ba(Lu1/2Nb1/2)-XPbTiO3(0<X < I)，简称 BLN-PT。为实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案本专利技术制备的新型铁电固溶体铌镥酸钡-钛酸铅，该固溶体化学式为(1-x)Ba (Lul72Nbl72) O3-XPbTiO3 (0 < x < I)，属于钙钛矿型结构。该固溶体陶瓷存在准同型相界，且组成范围为0. 64 < X < 0. 68。本专利技术采用两步法制备， 包括如下步骤首先将Lu2O3和Nb2O5混合研磨合成LuNbO4,合成条件是1250°C保温两小时。然后LuNbO4与Pb0、Ti02和BaCO3按照不同比例称重球磨12h，在950-1050°C恒温4h，得到(1-X)Ba(Luiy2Nlv2)O3-XPbTiO3不同组成的预合成粉末，将其研磨、烘干，在1200-1300°C烧结，得到(1-x)Ba(Lu1/2Nb1/2)O3-XPbTiO3的陶瓷样品。本专利技术制备的新型铁电固溶体铌镥酸钡-钛酸铅用于机电换能器，激励器，电容器，驱动器，微波通讯，微波介电，滤波器，超声振荡器和压电蜂鸣器领域。本专利技术是基于寻找新型的具有MPB结构的铁电固溶体系而进行的。BLN-PT作为弛豫铁电固溶体系，具有很好的研究价值。首先合成粉末，用X-射线粉末衍射确定结构，初步找到MPB区域，进一步摸索烧结条件，完成陶瓷的合成。然后，对其介电性质和铁电性质进行测试分析，通过以上的分析确定相图及MPB区域。附图说明图1BLN-PT体系介电常数随温度的变化。图2组成为0. 32BLN-0. 68PT陶瓷的电滞回线。图3BLN-PT体系的部分相图。具体实施例方式例1:采用两步法制备BLN-PT固溶体的陶瓷样品(I)先合成LuNbO4,按一定的化学计量比称取Lu2O5和Nb2O5原料，加无水乙醇球磨12h，压片，1250°C恒温 2h ，300°C /h 升降温。(2)合成后的LuNbO4样品加无水乙醇和丙酮，研磨l_2h备用。(3)按照一定的化学计量比称取LuNb04、BaCO3、PbO和TiO2，加无水乙醇球磨12h，压片，在950-1050°C温度范围进行合成，得到X为0-0. 8组成范围的BLN-PT胚体。(4)加无水乙醇和丙酮充分研磨，加5被％的PVA压片，先以150°C /h的速度升至600°C，恒温1. 5h去除PVA，然后在1200-1300°C恒温3h，300°C /h升降温，得到陶瓷样品。以上得到的样品即为本专利技术研制的铁电陶瓷，其具体的制备条件如表I所示。表IBLN-PT陶瓷的制备条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电固溶体铌镥酸钡?钛酸铅，其特征在于：该固溶体化学式为(1?x)Ba(Lu1/2Nb1/2)O3?xPbTiO3(0＜x＜1)，属于钙钛矿型结构。

【技术特征摘要】
1.一种铁电固溶体铌镥酸钡-钛酸铅，其特征在于该固溶体化学式为(1-X)Ba(Lul72Nbl72)O3-XPbTiO3(O < x < I)，属于钙钛矿型结构。2.如权利要求1所述的铁电固溶体铌镥酸钡-钛酸铅，其特征在于该固溶体陶瓷存在准同型相界，且组成范围为O. 64 < X < O. 68。3.—种权利要求1所述的铁电固溶体铌镥酸铅-钛酸铅的制备方法，采用两步法制备，包括如下步骤首先将Lu2O3和Nb2O5混合研磨合成LuNbO4,合成条件是1250°C保温两...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙西法，沈东全，李修芝，王祖建，刘颖，何超，李涛，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
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