[发明专利]一种镧铈复合锆钛酸盐陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料，具体是一种镧铈复合锆钛酸盐陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

将氧化物按照一定的制备方式制成多晶体之后将将多晶体进行极化处理使之成为具有压电效应的陶瓷材料，即压电陶瓷。压电陶瓷的最大功能特性是能够实现机械能和电能的相互转换。作为一种的高智能功能电子材料，压电陶瓷的研究和开发得到世界各国的高度重视，由于原料和工艺的不断改良，使压电陶瓷的性能得到了有效的开发，其应用也愈来愈广泛。占市场主体的压电陶瓷主要是含氧化铅或者以锆钛酸铅为基体的压电陶瓷。这种压电陶瓷存在体系中存在的氧化铅或者锆钛酸铅基体，原料挥发过程中产生的有毒物质，不管在生产过程中还是使用中以及废弃处理后都会给环境带来严重的损害；在材料的制备过程中，氧化铅的挥发会使材料的化学计量比与设计比例发生较大偏离，材料的一致性和重复性等性能因此受到极大的影响。由此可见，研究和制备无铅或者少铅的压电陶瓷具有很大的社会意义和应用价值。

稀土元素具备独特的物理化学性质，丰富的光学、电学和磁学特性，在新材料领域得到了广泛应用。通过掺杂构成稀土化合物是稀土在陶瓷材料中的主要出现形式，而且微量的稀土掺杂可以极大地改变陶瓷材料的烧结性能、微观结构、致密度、相组成及物理和机械性能。在PZT中掺杂微量稀土氧化物如La₂O₃、CeO₂、Nd₂O₃等可以大大改善材料的介电性和压电性，使它们更适应实际需要。文献[1-3]报道了以稀土氧化物添加剂对压电陶瓷材料微观结构，介电特性和压电特性等方面的影响。文献[4]采用改进的硬脂酸法和固相反应法制备了LaZr_0.5Ti0_.5O₃, NdZr_0.5Ti_0.5O₃ 和CeZr_0.5Ti_0.5O₃。但未见有关复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料的报道。

[1] 姜丹, 周桃生, 刘珩. CeO₂掺杂（Ba, Sr, Ca）TiO₃基高压电容陶瓷的研究[J]. 硅酸盐通报, 2010,29(3):698-700。

[2] 付鹏, 邓伟, 杨成涛. 稀土氧化物对Na_0.5Bi_0.5TiO₃基无铅压电结构和性能的影响[J]. 陶瓷, 2010, (4): 20-24。

[3] 冯博凯, 武利顺, 赵亮培. 溶胶-凝胶法制备Ca_0.4Sr_0.6Bi₄Ti₄O₁₅细晶陶瓷[J]. 人工晶体学报, 2010, 39(3): 675-679。

[4] 夏小云. MZr_0.5Ti_0.5O₃(M =La, Nd, Ce, Pb)压电材料的制备及其性能[D]. 杭州，浙江理工大学，2012。

   文献[4]采用改进的溶胶凝胶法制备了LaZr_0.5Ti_0.5O₃和CeZr_0.5Ti_0.5O₃陶瓷粉体，并将其加工成陶瓷片测试了其部分性能。

    文献[4]分别以稀土La，Nd，Ce取代PbZr_0.5Ti_0.5O₃中的Pb，分别得到了LaZr_0.5Ti_0.5O₃，NdZr_0.5Ti_0.5O₃和Ce Zr_0.5Ti_0.5O₃等锆钛酸盐陶瓷材料，以LaZr_0.5Ti_0.5O₃为例，说明其技术步骤如下：

    称取28.4 g的硬脂酸置于烧杯中，在磁力搅拌加热器上加热至70 ℃左右，加热搅拌30 min后完全融化形成溶液。