[发明专利]一种无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用，涉及陶瓷材料技术领域。本发明提供的无铅透明铁电陶瓷材料的化学组成为(1‑x)K_0.5Na_0.5NbO₃‑xSr(Bi_0.5Nb_0.5)O₃，x＝0.02～0.07。本发明以KNN铁电陶瓷为基体，固溶第二组元Sr(Bi_0.5Nb_0.5)O₃后，使陶瓷材料具有透光性能；通过控制第二组元的固溶比例，有效调控陶瓷的相结构，使陶瓷处在四方相和立方相两项共存的伪立方相结构，显著提高陶瓷的透过率，并使陶瓷材料具备较好的铁电性能。本发明提供的透明铁电陶瓷材料不含铅，且具有良好的透光性能和铁电性能，是一种光、电功能共存且可调控的多功能陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，特别涉及一种无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿型氧化物因具有优异的物理性能(压电性、铁电性、电磁性)而引起了人们的强烈兴趣，且其相结构和晶体结构可以调控，目前离子掺杂是对其性能进行优化和实现新功能较为有效的方法。具有ABO₃型钙钛矿结构的透明铁电陶瓷，除具有透明陶瓷固有的优势外，还具有铁电、压电、光电等多功能特性，近年来获得了越来越多的研究。然而现有的ABO₃型钙钛矿透明铁电陶瓷通常掺杂铅，如锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)，含铅的陶瓷材料会对环境和人体造成伤害。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用，本发明提供的透明铁电陶瓷材料不含铅，且具有良好的透光性能和铁电性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种无铅透明铁电陶瓷材料，所述无铅透明铁电陶瓷材料的化学组成为(1-x)K_0.5Na_0.5NbO₃-xSr(Bi_0.5Nb_0.5)O₃，x＝0.02～0.07。

本发明提供了以上技术方案所述无铅透明铁电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳酸钾、碳酸钠、五氧化二铌、碳酸锶和氧化铋混合，将所得混合料依次进行第一球磨处理、第一预烧处理和第一冷却，得到一级陶瓷粉体；

(2)将所述一级陶瓷粉体依次进行第二球磨处理、第二预烧处理和第二冷却，得到二级陶瓷粉体；

(3)将所述二级陶瓷粉体依次进行造粒和压制成型，得到压片；

(4)将所述压片依次进行烧结和第三冷却，得到所述透明铁电陶瓷材料。

优选地，所述第一球磨处理和第二球磨处理均为湿法球磨；所述湿法球磨的球磨介质为乙醇，磨球为锆球，所述锆球包括直径为5mm的锆球和直径为8mm的锆球，所述直径为5mm的锆球和直径为8mm的锆球的数量比为2：1；

所述第一球磨处理和第二球磨处理的转速独立为300～400r/min，所述第一球磨处理和第二球磨处理的球料比为2:1；所述第一球磨处理的时间为20～24h，所述第二球磨处理的时间为10～12h。

优选地，所述第一球磨处理和第二球磨处理后还分别包括将所得第一球磨粉体和第二球磨粉体依次进行干燥和过筛；所述干燥的温度为70℃，所述过筛为过100目筛。

优选地，所述第一预烧处理和第二预烧处理的温度独立地为840～860℃，保温时间独立地为2～5h。

优选地，所述造粒用粘结剂为聚乙烯醇；所述聚乙烯醇以聚乙烯醇水溶液的形式加入，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为4％。