[发明专利]一种高居里温度和温度稳定性好的铌酸钾钠基透明铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高居里温度和温度稳定性好的铌酸钾钠基透明铁电陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料的通式为(1‑x)K_0.5Na_0.5NbO₃‑xBa(Zn_1/3Nb_2/3)O₃，式中x表示Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃的摩尔数，x的取值为0.03～0.05，该陶瓷材料通过高温固相法制备而成。本发明制备方法简单、重复性好、成品率高，所得陶瓷材料的透明性高、介电性能好、居里温度高，其中透过率为66％～82％(近红外区)、介电常数为1566～1813、居里温度为344～395℃，且在温度为30～500℃范围内，介电常数随温度变化小，具有优异的温度稳定性，同时具有较好的铁电性能，其剩余极化强度为2～4μC/cm²、矫顽场为13～16kV/cm。

技术领域

本发明属于铁电陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高居里温度和温度稳定性好的铌酸钾钠基透明铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

透明铁电陶瓷是一类重要的、国际竞争极为激烈的新型功能材料。由于其具有优异的铁电、机械性能以及显著的光电效应，且还具有耐高温、耐腐蚀、高硬度和高透明等特性，使该类材料在核实验人员及飞行人员用双层护目镜、坦克用透明防弹复合装甲、火箭弹配用的成型装药装甲等军事、航空领域中占有极其重要的地位；同时还在声表面波器件、激光调制器、激光倍频器、光波导器件、光全息存储器等光学器件的商业领域显示出巨大的应用潜力，成为不可缺少的未来光计算机技术和现代先进技术中的关键材料。

由于铅基透明铁电陶瓷含有约70％PbO或Pb₃O₄，在生产、使用以及废弃后的处理过程中都会给人类和生态环境造成严重损害，因此开发和研究新型无铅透明铁电陶瓷对于国家安全和电子信息领域的发展具有重大战略意义。2004年日本的Saito教授成功制备了铌酸钾钠(KNN)陶瓷，其压电常数达到了490，同时具有较高的居里温度，达到了390℃，成为最有希望替代锆钛酸铅(PZT)和铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)等的无铅陶瓷材料。随后，2007年Du等人在研究KNN-LiNbO₃时发现了其透明现象。紧接着2007年8月Du通过掺杂Bi₂O₃，首次系统研究了铌酸钾钠基的透明无铅铁电陶瓷。之后，铌酸钾钠基陶瓷引起了研究者的广泛关注。

但是，在有关铌酸钾钠基透明陶瓷的报道中，为了获得高透明性或者高的介电性能，通过对铌酸钾钠基陶瓷进行掺杂改性时，居里温度都有所降低，很难获得高居里温度、高介电常数、高透明性的铌酸钾钠基陶瓷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有高透明性、高居里温度、高介电常数且温度稳定性好的铌酸钾钠基透明铁电陶瓷材料，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-xBa(Zn_1/3Nb_2/3)O₃，式中x表示Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃的摩尔数，x的取值为0.03～0.05。

上述铌酸钾钠基透明铁电陶瓷材料的制备方法如下：

1、配料