[发明专利]宽温区相变型热释电陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热释电陶瓷材料的制备方法，具体的说，涉及宽温区高性能铌锰酸铅-锑锰酸铅-锆钛酸铅(PMN-PMS-PZT)热释电陶瓷材料的制备方法。

背景技术

在各种材料中，热释电陶瓷材料由于具有制作工艺简单、成本低廉、性能稳定可靠、容易加工、机械性能好、耐电强度高等一系列有点，使其在高温、大面积、大批量、高功率及环境恶劣的条件下使用显示了优越性。目前商业化生产中主要应用的是常规型陶瓷，这种陶瓷通常是锆钛酸铅(PZT)三元系统，材料的特征是有很大的热释电系数和较高的热释电优值，材料的机械强度高，加工性能好，一致性和重复性好，在制作探测器的工业化生产工艺中成品率高。

为了满足现代红外探测器件的需要，人们尝试利用材料的一些特使性能。材料在相界附近或相变时，由于组分的变化或结构的不稳定，往往会出现较好的热电和介电性能，相变时的热释电性能备受关注。铌锰酸铅-锑锰酸铅-锆钛酸铅(PMN-PMS-PZT)材料由于存在一个从低温三方相到高温三方相的相变，即铁电-铁电相变，并且相变过程中伴随着自发极化的变化，从而体现非常高的热释电系数。相变过程中材料的介电性能变化不大，材料在此相变区具有较高的探测率优值。因此，PMN-PMS-PZT材料成为研究热点。

虽然PMN-PMS-PZT系列材料在相变点的热释电系数较高，但是热释电峰出现的温区较窄，很难满足现代热释电器件的要求。材料的热释电性能受到材料相变情况的直接影响，拓宽材料的相变温区，将使材料的热释电系数在较宽的温度范围内维持在较高水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽温区相变型热释电陶瓷材料的制备方法，利用该方法所制备的热释电陶瓷具有较低的损耗和介电常数，且热释电系数在较宽温区范围内都能维持在较高水平。

本发明提供的宽温区相变型热释电陶瓷材料的制备方法，其步骤包括：

(1)根据化学式Pb[(Mn_0.33Nb_0.67)_0.5(Mn_0.33Sb_0.67)_0.5]_0.08(Zr_xTi_1-x)_0.92O₃，其中，x表示Zr与Ti之间的摩尔分数比，0.80≤x≤0.98，在x的取值范围内选取二个不同的值，将PbO、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、Sb₂O₃粉体和Mn(NO₃)₂按各自化学式中的化学计量比进行混合，得到二种混合物；

(2)将步骤(1)得到的二种混合物分别在800～900℃保温4～6小时，得到二种预烧粉体；

(3)将上述二种预烧粉体作为基料，按质量比1∶2～2∶1进行均匀混合，将混合好的粉体成型后，在1250～1300℃保温2～3h进行烧结；

(4)将烧结后的材料进行磨片、清洗、上电极和烧电极；

(5)将烧电极后的材料进行极化，然后保压冷却到室温。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，烧结采用双坩锅密封气氛叠烧，使烧结过程在饱和铅气氛中进行。

本发明制备的混合PMN-PMS-PZT热释电陶瓷在较宽的温度范围内具有较高的热释电系数，低的介电损耗和合适的介电常数，具有良好综合热释电性能，符合制作热释电红外探测器的要求。其性能如表1。

表1混合组分PMN-PMS-PZT混合材料在20～55℃性能参数

  相对介电常数ε_r  80～170