[发明专利]一种大尺寸夹心梯度结构的热释电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提出了一种大尺寸夹心梯度结构的热释电陶瓷及其制备方法，用以解决目前热释电厚膜材料原料浪费严重、极化时易击穿、热释电性能低的技术问题，步骤如下：将锆钛酸铅粉体、溶剂和不同含量的造孔剂分别混合均匀，加入胶粘剂制备得到流延浆料；流延浆料在玻璃板上流延，流延后平放静置，待条带干燥后，获得流延带；具有不同造孔剂含量的流延带进行叠放，将叠放好的流延带先进行热压成型，然后通过冷等静压成型制得陶瓷厚膜生坯；将陶瓷厚膜生坯采用两次热压烧结法进行烧结，得到热释电陶瓷。本发明所制备的热释电陶瓷厚膜一体成型，制备精度高，通过孔隙渐变梯度的引入，降低了热导率和介电常数，改善了陶瓷厚膜的热释电性能。

技术领域

本发明属于热释电陶瓷材料的技术领域，尤其涉及一种大尺寸夹心梯度结构的热释电陶瓷及其制备方法。

背景技术

目前主要的热释电材料包括无铅铁电陶瓷热释电陶瓷材料和钙钛矿铅基热释电陶瓷材料，其中无铅热释电陶瓷材料包括：钨青铜结构的铌酸锶钡系列铁电陶瓷、钙钛矿结构的钛酸钡基、钛酸铋钠基、铌酸钾钠基、铌酸银基等热释电陶瓷，当前无铅热释电陶瓷的制备工艺相比铅基热释电材料均面临着制备工艺复杂、烧结温区窄、成本高、产品质量难以控制等问题。而目前商用的热释电陶瓷一般都为钙钛矿结构的铅基热释电陶瓷材料体系，如锆钛酸铅陶瓷、钙改性钛酸铅陶瓷以及铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷等陶瓷材料。热释电红外探测器使用的热释电陶瓷敏厚膜材料一般为80-100um的厚膜。目前的热释电红外探测器用陶瓷厚膜制备工艺是利用传统陶瓷烧结工艺先制备出大尺寸的陶瓷块体，之后经过切割、抛光、磨光等一系列复杂的加工工艺，将其加工成80-100um陶瓷厚膜材料。这种工序存在以下缺点：1）陶瓷厚膜材料需要高度精确的切割、抛光、磨光等加工设备，导致其制造成本增加；2）此过程属于减材制造，材料浪费严重，从大尺寸陶瓷块体加工成最后的陶瓷厚膜材料，在较理想的情况下，材料的成品利用率也仅为10%；3）制备出的陶瓷厚膜材料成分均一，难以调控其微观结构成分。

随着电子信息技术的集成化、微型化和智能化发展趋势，推动着电子元件日益向微型、轻量、薄型、多功能、高可靠和高稳定方向发展。因此开发高性能热释电陶瓷厚膜材料具有重要的意义。高性能的热释电器件需要材料同时具备高热释电系数、低介电常数和介电损耗、低比热容、高居里温度等。而影响热释电厚膜材料性能的主要因素包括组分、微观结构、极化条件等。通过调控陶瓷厚膜材料的成分和结构，可以获得高性能的热释电厚膜材料。而梯度功能材料是一种成分、组成、密度和结构及功能在宏观上不均匀、但又连续变化的新型材料，梯度功能材料是组分和结构呈连续变化的先进材料，由于它具有优异的性能和特殊的功能，例如专利CN 100428517C公开了一种多孔压电陶瓷及其制备方法，通过逐层改变造孔剂含量形成多层复合的、孔隙率梯度变化的多孔压电陶瓷，使压电陶瓷具有依次递减的声阻抗。基于梯度功能材料的特性和优点，按增材制造原理，无需切抛磨等复杂的加工工艺，直接制备出微观结构、组分可控的热释电陶瓷梯度渐变厚膜材料，则可以解决传统工艺制备热释电厚膜材料过程中存在的成品率低、微观组分难以调控、极化时易击穿、热释电性能低等问题。

发明内容

针对目前热释电厚膜材料原料浪费严重、极化时易击穿、热释电性能低的技术问题，本发明提出大尺寸夹心梯度结构的热释电陶瓷及其制备方法，实现了大尺寸热释电陶瓷厚膜的一体成型，高精度制备，通过孔隙渐变梯度的引入，降低了热导率和介电常数，改善了陶瓷厚膜的热释电性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大尺寸夹心梯度结构的热释电陶瓷，包括上层、下层和中间层，上层和下层为致密层，中间层为隔热层，隔热层为多孔结构，所述热释电陶瓷为圆形薄片，直径为30-50mm、厚度为70-100um。

所述隔热层的孔隙率在纵向呈梯度变化，隔热层的孔隙率也可以为由中心向两侧递减分布，或者由中心向两侧递增分布。

一种大尺寸夹心梯度结构的热释电陶瓷的制备方法，制备步骤如下：