[发明专利]一种高透明度的铌酸钾钠-钛酸钡锶透明陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种高透明度的铌酸钾钠‑钛酸钡锶透明陶瓷的制备方法，首先制备(K_0.5Na_0.5)NbO₃‑xBaSrTiO₃粉料，通过干压压片成型，在1200～1230℃下烧结成型，得到晶粒细小、结构致密、光学能量带隙约3.01 eV，且透光率较高（近红外光区最高达61%）的铌酸钾钠‑钛酸钡锶透明陶瓷，同时具有优异的电学性能（相对介电常数为1370‑1501）。本发明与单晶材料相比，其制备工艺相对简单，成本低，在光电器件制作方面有实际应用前景。

技术领域

本发明涉及无铅基压电材料领域，具体涉及一种高透明度的铌酸钾钠-钛酸钡锶透明陶瓷的制备方法。

背景技术

具有良好光学透明性和强电光效应的材料长期以来被广泛应用于光电开关和调制器等有源光学器件的制造。铌酸锂(LiNbO₃)单晶是电光(EO)材料的工业基准，但由于LiNbO₃晶体具有低EO效应、高温依赖性、体积小、成本高等缺点，使其难以得到广泛的应用。EO陶瓷具有EO响应强、陶瓷韧性大、制作简单、制造成本低、尺寸大等优点，被广泛应用于各种光电器件中，如光学滤波器、开关、调制器和数据处理装置等。

目前，用于光电子应用的EO陶瓷很少，镧改性锆钛酸铅(PLZT)是1971年由英国和英国提出的第一种透明EO陶瓷。目前，两种EO材料，(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃ (0.10 <x < 0.35)和(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃ (0.15 < x < 0.35)，已经商用化。两者均为铅基钙钛矿结构的弛豫铁电材料，具有较强的二次EO效应。然而，铅基材料(含铅量大于60wt%)对环境和人体健康不友好。因此开发无铅材料作为铅基材料的替代品是一种迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种高透明度的铌酸钾钠-钛酸钡锶透明陶瓷的制备方法，该方法可提供一种通过多种离子掺杂，具有电学、光学等特性为一体，且环保无污染的无铅铌酸钾钠-钛酸钡锶透明陶瓷。

本发明提出一种高透明度的铌酸钾钠-钛酸钡锶透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：

（1）配料：将Na₂CO₃ 、K₂CO₃ 、Nb₂O₅ 、BaCO₃、SrCO₃ 和TiO₂进行混合，得到混合料；

（2）球磨：在混合料中加入球磨介质并装入球磨罐中进行球磨8～12 h，球磨结束后，将混合料烘干，然后再将混合料放入研钵内进行研磨；

（3）预烧：将研磨后的混合料加入到坩埚内，经压实后，置于马弗炉中，升温至800～850℃并保温2～4 h进行预烧，然后再自然冷却至室温后将坩埚取出；

（4）二次球磨：往经过预烧的混合料中加入球磨介质后，再将其装入球磨罐中，进行球磨8～12 h，球磨结束后，将混合料烘干，然后再经筛网过筛后，得到粉体；

（5）造粒：往粉体加入5～12 wt%的聚乙烯醇溶液混合均匀，然后再置于烘箱中干燥，再经筛网过筛，得到软材；

（6）压片：将软材加入模具中，在200～300 MPa的压力下压成厚度0.8～1.5 mm的生坯；

（7）排胶：将生坯置于托盘中并加盖，然后放入马弗炉中，在650～850℃的温度下保温120～240 min进行排胶，然后再将其随炉自然冷却至室温；