[发明专利]高剩余极化强度和居里温度的铌酸钾钠基无铅透明铁电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高剩余极化强度和居里温度的铌酸钾钠基无铅透明铁电陶瓷及其制备方法，该陶瓷材料的通式为(1‑x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃‑xCa(Mg_1/3Ta_2/3)O₃，x的取值为0.02～0.06，其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，所得陶瓷材料具有优异的电学性能和一定的透光率，其在近红外区的透过率为42％～64％、介电常数为2563～4190、居里温度为203～361℃、介电损耗为0.035～0.04、极化强度为22.2～32.6μC/cm²、剩余极化强度为6.6～21.6μC/cm²、压电常数为28～99pC/N。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高剩余极化强度和居里温度的铌酸钾钠基无铅透明铁电陶瓷，以及该陶瓷的制备方法。

背景技术

当今社会，压电、铁电材料作为一类重要的功能材料在光电器件上得到广泛应用。陶瓷压电材料以其稳定的性能，低廉的生产成本等优点成为压电材料的重要组成部分。相比于传统压电、铁电陶瓷，透明弛豫铁电陶瓷更具有优异的铁电、光学性能以及显著的电光效应，有望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。

目前应用的透明铁电陶瓷主要是锆钛酸铅(PZT)基陶瓷，含铅基陶瓷在制备、使用以及其废弃后处理过程中，都会危害环境以及人类健康。因此研发无铅透明陶瓷的意义深远。2004年，M.Kosec等人首次报道K_0.5Na_0.5NbO₃-0.2SrTiO₃半透明陶瓷。随后，Kwok等人通过热压烧结法先后制备的K_0.48Na_0.52Nb_1-xBi_xO₃和(K_0.5Na_0.5)_1-xLi_xNb_1-xBi_xO₃陶瓷，其在近红外光区透光率都达到60％。最近，Du等人采用了常规烧结法制备了(1-x)K_0.5Na_0.5NbO₃-xSr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃陶瓷，其中x＝0.20(室温为伪立方相)时，该陶瓷在可见光内透光率达到60％，且具有高的储能特性(W＝2.48J·cm^-3)。研究发现，优异的透光性严重的降低了陶瓷的电学性能，尤其是压铁电性能，更有甚者，使其丧失了压铁电性。因此，开发一种具有压铁电性能的透明陶瓷具有重大的实际意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有透光性、高居里温度、高介电常数、高剩余极化强度、高压电常数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：该陶瓷材料的通式为(1-x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃-xCa(Mg_1/3Ta_2/3)O₃，式中x表示Ca(Mg_1/3Ta_2/3)O₃的摩尔数，x的取值为0.02～0.06；该陶瓷在近红外区的透过率为42％～64％、介电常数为2563～4190、居里温度为203～361℃、介电损耗为0.035～0.04、极化强度为22.2～32.6μC/cm²、剩余极化强度为6.6～21.6μC/cm²、压电常数为28～99pC/N。