[发明专利]铌酸钾钠基无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种铌酸钾钠基无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的迅速发展，在光纤通信、集成光学和信息处理等技术领域，急切需要各种调制、开关和存贮显示光信息的电光器件，于是掀起了透明铁电陶瓷及其器件的研究热潮。

透明铁电陶瓷是具有电光效应的一类透明陶瓷，可用来制作光闸、光调制品、光存储器、光谱滤波器等电光器件。铅基透明铁电陶瓷如PLZT、PMN-PT、PZN-PT、PZN-PLZT等由于具有高的光电效应，快的响应速度，低成本等优异的性能已经被广泛应用到电光器件的生产中。

然而，由于铅基透明铁电陶瓷含有70％以上的铅，对人体和环境会带来较大的危害，随着世界各国逐渐颁发了铅基材料的禁止使用的相关法律法规，使得寻找一种无铅透明铁电陶瓷显得极为迫切。铌酸钾钠基((K_0.5Na_0.5)NbO₃)陶瓷由于具有高的压电性能、居里温度和机械性能而引起了研究者的关注，2008年，空军工程大学的杜红亮等已经发现(K_0.5Na_0.5)NbO₃-(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃的透明现象。2011年，香港理工大学的陈王丽华等使用热压法制备了(K_0.5Na_0.5)_0.95Li_0.05Nb_0.95Bi_0.05O₃透明陶瓷，并对其光学性能的机理进行了深入研究。2014年，空军工程大学的杜红亮等通过引入ABO₃钙钛矿结构的Sr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃获得了具有优良光学性能铌酸钾钠基透明陶瓷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高透光性、光学上各向同性且具有较高电学性能、实用性强、易于生产的铌酸钾钠基无铅透明铁电陶瓷材料，以及该陶瓷材料的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：该陶瓷材料的组成通式是(1-x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃-xSr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃，式中x表示Sr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃的摩尔数，x的取值为0.02～0.08，优选x的取值为0.05。

上述铌酸钾钠基无铅透明铁电陶瓷材料的制备方法如下：

1、配料

按照(1-x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃-xSr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃的化学计量分别称取纯度大于99.99％的原料Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、SrCO₃、MgO，混合均匀，将原料混合物装入尼龙罐中，以锆球为磨球、无水乙醇为球磨介质，充分混合球磨18～24小时，分离锆球，将原料混合物在80～100℃下干燥5～10小时，用研钵研磨，过80目筛。

2、预烧

将步骤1过80目筛后的原料混合物置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，使其压实密度为1.5g/cm³，加盖，900℃预烧5小时，自然冷却至室温，用研钵研磨，得到预烧粉。

3、二次球磨

将预烧粉装入尼龙罐中，以锆球为磨球、无水乙醇为球磨介质，充分混合球磨10～12小时，分离锆球，将预烧粉在80～100℃下干燥5～10小时，用研钵研磨，过160目筛。

4、造粒及压片

向过160目筛后的预烧粉中加入其质量40％～50％的质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液，造粒，过80～120目筛，用粉末压片机压制成圆柱状坯件。

5、无压密闭烧结