[发明专利]一种高居里温度无铅热释电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高居里温度无铅热释电陶瓷材料及其制备方法，具体来说，涉及一种铌酸锶钡基无铅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

热释电陶瓷是非制冷红外探测技术的关键敏感元材料之一，作为本征热释电模式工作的铁电陶瓷材料一般都为钙钛矿结构含Pb材料。具有非填满型四方钨青铜结构的铌酸锶钡基铁电材料(Sr_xBa_1-xNb₂O₆，简称SBN)由于具有不含铅、无Pb挥发，对环境友好，以及材料性能稳定，机械强度好，探测优值较高，热扩散系数较低且可通过改变材料的组分调节电学性能等一系列优点而成为一种应用潜力巨大的本征热释电材料。

目前，铌酸锶钡基铁电陶瓷的居里温度普遍偏低，极化后陶瓷样品在加工过程中极易造成高温退极化，如何通过引入新元素提高铌酸锶钡陶瓷的温度稳定性成为一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有铌酸锶钡基铁电陶瓷的居里温度普遍偏低、极化后在加工过程中极易造成高温退极化的缺陷，本发明提供了一种高居里温度无铅热释电陶瓷材料及其制备方法。

本发明提供了一种高居里温度无铅热释电陶瓷材料，所述高居里温度无铅热释电陶瓷材料的组成化学式为Ca_xSr_0.3-xBa_0.7Nb₂O₆，其中0＜x≤0.3。

较佳地，所述高居里温度无铅热释电陶瓷材料的的居里温度为190-230℃。

较佳地，所述高居里温度无铅热释电陶瓷材料中晶粒尺寸为2—5微米。

较佳地，所述高居里温度无铅热释电陶瓷材料在20-130℃内使用，不会发生高温退极化。

又，本发明还提供了一种上述高居里温度无铅热释电陶瓷材料的制备方法，所述方法包括：

1)按照所述高居里温度无铅热释电陶瓷材料的组成化学式称取CaCO₃粉体、BaCO₃粉体、SrCO₃粉体和Nb₂O₅粉体，依次进行第一次球磨混合、压块、在1150-1250℃下保温、粉碎、过筛、第二次球磨，得到高居里温度无铅热释电陶瓷材料粉体；

2)在步骤1)制备的高居里温度无铅热释电陶瓷材料粉体中加入粘结剂后，经造粒、陈化、过筛、成型、排塑，得到高居里温度无铅热释电陶瓷材料的陶瓷坯体；

3)将步骤2)制备的陶瓷坯体，在1300-1400℃烧结，得到所述高居里温度无铅热释电陶瓷材料。

较佳地，步骤1)中，第一次球磨包括湿法球磨，球磨料、球磨介质以及无水乙醇的质量比为1:1.0:0.6～1:1.5:1.2，球磨时间为12～24小时，所述球磨介质为玛瑙球；第一次球磨后烘干、过筛，再进行压块。

较佳地，步骤1)中，第二次球磨包括湿法球磨，球磨料与球磨介质和无水乙醇的质量比为1:1.5:0.4～1:2.0:0.8，球磨时间为24～48小时，所述球磨介质为玛瑙球；第二次球磨后烘干。

较佳地，步骤1)中，以1—4℃/min的速率升温至1150-1250℃，保温2～4小时。

较佳地，步骤2)中，粘结剂是质量分数为5～6％的聚乙烯醇水溶液，所述聚乙烯醇溶液的加入量为高居里温度无铅热释电陶瓷材料粉体质量的6～8％；陈化时间为22～26小时；排塑条件是在750～850℃下排塑1～2小时。

较佳地，步骤3)中，以1～4℃/min的速率升温至1300～1400℃，然后保温2～4小时。

本发明的有益效果：

1、所制备的高居里温度无铅热释电陶瓷材料不仅具有晶粒尺寸小(2～5μm)，介电常数适中，在室温下呈典型的铁电相优点，居里温度可达到220℃，能够与PZT系含铅热释电陶瓷相比拟；

2、本发明的制备方法具有工艺简单、无需特殊设备、成本低等优点，适合规模化生产，符合工业化生产要求。

附图说明

图1示出了实施例2制得的陶瓷材料的扫描电镜照片；

图2示出了对比例1以及实施例1～6所制得的陶瓷材料的X射线衍射图；

图3示出了对比例1以及实施例1～6制得的陶瓷材料在100Hz频率下测得的介电常数和介电损耗随温度的变化曲线图；

图4示出了实施例3制得的热释电陶瓷经过极化后，其热释电系数随温度的变化曲线。

具体实施方式