[发明专利]一种钛酸钡锶钙热释电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸钡锶钙热释电陶瓷材料及其制备方法，属于热释电陶瓷材料技术领域。

背景技术

钛酸锶钡(BST，Ba_1-xSr_xTiO₃，0≤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。

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；另外，由于BST陶瓷工作时需要外加电场，基片越薄，所需的电压就越低，也为其应用带来了优点。陶瓷材料的可减薄性主要取决于陶瓷的晶粒粒径，晶粒粒径越小，越容易减薄，因此晶粒粒径是陶瓷微观结构中非常重要的元素。在BST陶瓷中，晶粒粒径减小以后，其介电性能和热释电性能会发生较大的变化。因此存在一个细晶粒粒径和高热释电性能之间平衡取舍的问题。所以，如何有效避免细晶粒粒径和高热释电性能之间的矛盾，使钛酸锶钡基热释电陶瓷材料能满足制作非制冷红外焦平面器件的性能要求，是目前BST基热释电陶瓷材料研究中亟需解决的难题。

发明内容

为解决现有技术制备BST材料时存在晶粒粒径较大以及晶粒粒径减小以后，存在的细晶粒粒径和高热释电性能之间平衡取舍等问题，本发明提供一种钛酸钡锶钙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。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种钛酸钡锶钙热释电陶瓷材料，其组成通式为：Ba_{0.6(1-x)-(x-0.001)/2}(Sr_0.3Ca_0.1)_1-xY_xTi_0.999Mn_0.001O₃，0.001≤x≤0.010。

所述的钛酸钡锶钙热释电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

a)按照通式量取化学计量比的Ti(OCH(CH₃)₂)₄，Ba(CH₃COO)₂，Sr(CH₃COO)₂·0.5H₂O，Ca(NO₃)₂，Y(NO₃)₃及Mn(NO₃)₂，将Ti(OCH(CH₃)₂)₄溶于水溶性有机酸和水的混合溶液中，调整溶液的pH值在7.5～8.5之间；再将Ba(CH₃COO)₂，Sr(CH₃COO)₂·0.5H₂O，Ca(NO₃)₂，Y(NO₃)₃及Mn(NO₃)₂溶于水中；将以上两种溶液混合，搅拌并加水配成质量浓度为10％～20％的混合溶液，然后调节溶液的pH值为5.5～6.5，得到前驱物溶液；

b)在750～850℃下煅烧步骤a)制得的前驱物溶液1～2小时，获得钛酸钡锶钙粉体；

c)将步骤b)制得的钛酸钡锶钙粉体进行粉碎、过筛，湿法球磨；

d)将步骤c)制得的钛酸钡锶钙粉体烘干，加入粘结剂，经造粒、陈化、过筛、成型、排塑步骤，制得钛酸钡锶钙坯体；

e)将步骤d)制得的钛酸钡锶钙坯体在氧气下烧结：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1400～1450℃时，保温1～2小时；随炉冷却至室温，关闭氧气，即得钛酸钡锶钙热释电陶瓷材料。

所述的水溶性有机酸推荐为乙酸或水溶性α-羟基酸。

所述的水溶性α-羟基酸推荐为乳酸。

步骤c)中钛酸钡锶钙粉体在进行湿法球磨前推荐过40～200目筛。

步骤c)中的湿法球磨条件推荐为：球磨料与球磨介质和去离子水的质量比为1∶1.5∶0.5～1∶2.0∶1.0，球磨时间为24～48小时，所述球磨介质推荐为玛瑙球。