[发明专利]一种提高PZT95/5铁电陶瓷介电击穿强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高PZT95/5铁电陶瓷介电击穿强度的方法，属于功能陶瓷材料技术领域。

背景技术

PZT95/5铁电陶瓷是锆钛比（Zr/Ti）在95/5附近的一类锆钛酸铅Pb(Zr_1-xTi_x)O₃(简称PZT)陶瓷材料的总称，其组成位于铁电-反铁电相界附近，具有丰富的相结构和显著的外场诱导相变非线性效应。极化的PZT95/5铁电陶瓷具有剩余极化强度P_r，能储存一定的能量。在冲击波加载作用下，发生铁电-反铁电相变，极化时储存的能量在几微秒的短时间内迅速去极化，瞬间释放束缚电荷，在负载上产生兆瓦级功率的脉冲能量，可以用作高功率脉冲电源，在高技术领域中具有重要应用。在铁电体脉冲电源应用中，PZT95/5铁电陶瓷的介电击穿是一个备受关注的问题，它直接影响到器件设计的阈值、体积和工作可靠性。因此，提高PZT95/5铁电陶瓷的介电击穿强度具有十分重要意义。

根据弱点击穿强度理论，不均匀固体介质的介电击穿主要由材料的弱点造成，当某种弱点上集中了较强的电场，最早达到发生击穿的条件，在弱点击穿处就会形成贯穿通道，在外电路上就出现了击穿短路的现象。对于陶瓷材料而言，其弱点包括气孔、杂质、裂纹、晶界和第二相等，其中晶界引发击穿现象是材料发生介电击穿的主要原因之一。如果在陶瓷中引入适量的具有高介电强度的物质来增强晶界的抗电击穿强度，可望提高材料的击穿强度。然而，要实现添加物在陶瓷基体中均匀分散，不造成由于微结构的不均匀而形成新的击穿弱点，是有相当难度的。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种提高PZT95/5铁电陶瓷介电击穿强度的方法，以满足PZT95/5铁电陶瓷在能量转换领域的应用要求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高PZT95/5铁电陶瓷介电击穿强度的方法，是首先采用液相法使氧化铝均匀分散在PZT95/5粉体中，然后制备成氧化铝包覆的PZT95/5铁电陶瓷；氧化铝的加入量为PZT95/5粉体质量的0.5～1.0%。

作为优选方案，所述方法包括如下步骤：

a)首先配制Al³⁺浓度为0.02～0.05mol/L的铝盐水溶液，然后按Al³⁺与柠檬酸的摩尔比为1:1～1:1.5加入柠檬酸，搅拌混匀后，调节pH值至7.0，再向其中加入PZT95/5粉体；氧化铝的加入量为PZT95/5粉体质量的0.5～1.0%；

b)在70～90℃下搅拌，使溶剂蒸发掉至形成粘稠的浆料，然后干燥浆料使成凝结块，再将凝结块经500～600℃热处理0.5～1.5小时，研磨后得到氧化铝包覆的PZT95/5粉体；

c)将步骤b)得到的氧化铝包覆的PZT95/5粉体经造粒、压制成型、升温排塑步骤制得陶瓷素坯，然后在铅气氛下于1320～1380℃烧结，制备成氧化铝包覆的PZT95/5铁电陶瓷。

作为进一步优选方案，所述的铝盐为硝酸铝。

作为进一步优选方案，步骤b)中干燥浆料的温度为180～220℃。

作为进一步优选方案，步骤c)中的排塑温度为700～800℃。

作为进一步优选方案，步骤c)中的烧结时间为1～2小时。

作为优选方案，所述的PZT95/5粉体的制备包括如下操作：以Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂和Nb₂O₅粉体为原料，按Pb_0.99(Zr_0.95Ti_0.05)_0.98Nb_0.02O₃化学计量比配制后，球磨使混合均匀；干燥，压块煅烧；再次球磨、干燥。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

通过本发明方法，可使所制备的氧化铝包覆的PZT95/5铁电陶瓷的介电击穿强度相对于未经氧化铝包覆的PZT95/5铁电陶瓷的介电击穿强度提高25%，可望提高所得铁电陶瓷在能量转换领域应用时的能量输出能力和工作可靠性，具有应用价值和显著性进步。

附图说明

图1为本发明所述的氧化铝包覆的PZT95/5粉体的TEM照片；

图2体现了氧化铝的加入量对所得铁电陶瓷的击穿强度的影响。