[发明专利]一种超高居里温度压电陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种类钙钛矿结构钛酸镧La2Ti2O7（LTO）压电陶瓷材料的制备方法，其特点是该方法首先采用溶胶凝胶法制备LTO前驱粉体，再使用普通烧结法制备LTO压电陶瓷。通过溶胶凝胶法和普通烧结法联合的方式，优化了LTO陶瓷的制备技术，不仅降低了LTO陶瓷的烧结温度，还在一定程度上提高了LTO陶瓷的电学性能，使其有望在超高温领域发挥重要作用。

技术领域

本发明涉及一种超高居里温度类钙钛矿结构钛酸镧La2Ti2O7（LTO）压电陶瓷材料的制备方法，即先用溶胶凝胶法制备LTO前驱粉体，再用普通烧结法在1350~1550 ℃下烧结6~12小时制成LTO压电陶瓷圆片。本发明属于材料科学与工程领域。

背景技术

高温压电传感技术在化学、材料加工、自动化、航空航天（如喷气式引擎中的电子器件需要承受500~1000 ℃高温的情况下寿命还需要有100000 h以上）以及石油勘探等行业具有重要应用。目前，居里温度Tc大于650 ℃的材料有LiNbO3 (Tc = 1150 ℃)、LiTaO3(Tc = 720 ℃)、Aurivillius phases（代表为Bi4Ti3O12 ( Tc = 675 ℃)、类钙钛矿PLS（代表为Sr2Nb2O7 (Tc = 1342 ℃)。由于LiNbO3 与 LiTaO3因为其高温下电导率高，只能在低于300 ℃使用；Aurivilius phase改进的Bi层状材料也只能在500 ℃用于压电应用。只有PLS可以在1000 ℃以上使用，并且可在高真空、强电子轰击环境下使用。但类钙钛矿PLS材料需要在高温高压的条件下才能获得致密的多晶体。近几年来，对PLS高温压电材料的研究主要集中在多晶陶瓷方面，已有一定数量的文献报道了用不同方法制备出具有优良压电性能的PLS材料。2008年Ali Ceylan用热锻法制备出LTO陶瓷并对其机械性能进行表征；2011年Rajesh V. Pai等用凝胶包埋技术制备出均匀样品Nd2-xLixTi2O7-δ (x=0, 0.1 、0.15)，800℃下烧6 h形成纯的化合物，无压电性能；2016年Aslihan Orum等用熔盐法制备出La2Ti2O7陶瓷；2015年N. Zhang 等用固相法制备出介电常数εr~ 57、晶粒尺寸 ~ 1.8-2.5 μm的La2Ti2O7陶瓷；2013年Z.P. Gao等用固相法以及SPS法制备出压电陶瓷La2−xCexTi2O7 (x =0.15, 0.25, 0.35)；2016年Chen Chen等用SPS两步烧结法制备出(AxLa1 – x)2Ti2O7 (A =Sm and Eu)压电陶瓷，得到(Sm0.1La0.9)2Ti2O7的压电常数d33 =2.8 pC/N；2009年Haixue Yan等用固相法、共沉淀法结合SPS制备出Nd2Ti2O7、La2Ti2O7压电陶瓷，压电常数分别为0.6 pC/N、2.6 pC/N；2016年Ruhollah Talebi等用溶胶凝胶法制备出La2Ti2O7纳米粉末。2015年Zhipeng Gaoa等用熔盐法、TGG法、注浆成型法以及磁场准直法制备出相对密度约为95 %，晶粒直径为 4~5 μm厚度为 0.5 μm的LTO陶瓷。由于PLS单晶制备困难、要求高、耗时长且成本高，故目前探索合成PLS多晶的方法较多：聚合复形法、尿素沉淀法、水热合成法、共沉淀法、金属有机物分解法、溶液混合技术、固相法、溶胶凝胶法、等离子火花烧结法(SPS)、模板晶粒法(TGG)、注浆成型法、磁场准直法、熔盐法、凝胶包埋技术、外延生长法、热锻等。目前未有用普通烧结形成具有压电性能的LTO陶瓷材料的报道。