一種均勻細(xì)晶粒的鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種均勻細(xì)晶粒鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷及其制備方法，屬于熱釋電陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鍶鋇(BaxSrhT13OKxO, BST)陶瓷材料由于具有居里溫度可調(diào)、介電常數(shù)高、熱釋電系數(shù)高等特點，使其成為熱釋電型非制冷紅外焦平面用重要的候選材料。
[0003]在制作非制冷紅外焦平面器件時，BST熱釋電陶瓷要先減薄至20 μπι以下，加上一定的偏置電場后才能工作。如果陶瓷的晶粒尺寸太大，則在加工過程中某些晶粒被拔出后，會留下較大的孔洞，引起后續(xù)加工中各種雜質(zhì)或?qū)щ娢镞M入孔洞，陶瓷的絕緣性能會變差，電導(dǎo)率很高，漏電流過大，無法正常使用。同時，由于陶瓷的介電與熱釋電性能受晶粒尺寸的影響很大，如果陶瓷的晶粒尺寸分布不均勻，制作成器件后各個像元之間的差異就很大，會使得最終器件的信號很不均勻，難以獲得高質(zhì)量的器件。
[0004]然而，一般情況下，純BST陶瓷的晶粒尺寸較大，一般平均晶粒尺寸在7、8μπι以上，且晶粒尺寸很不均勻，如何有效地減小BST陶瓷的晶粒尺寸，并提高其晶粒均勻性，使BST熱釋電陶瓷滿足制作非制冷紅外焦平面器件的要求，是目前BST熱釋電陶瓷研宄中的一個技術(shù)瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)難以獲得均勻細(xì)晶粒BST熱釋電陶瓷的問題，本發(fā)明提供一種均勻細(xì)晶粒BST熱釋電陶瓷及其制備方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種均勻細(xì)晶粒的鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷，所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的組成化學(xué)式為(BahSrx) HbA^bTi1IbFeaMnbO3,其中 0.20 彡 χ 彡 0.35，0〈a ^ 0.01,0〈b ( 0.005，A 選自 Y、Sm 和 / 或 La。
[0007]較佳地，所述鈦酸鍶鋇陶瓷的平均晶粒尺寸d < 3 μm。
[0008]較佳地，所述鈦酸鍶鋇陶瓷的晶粒均勻性為，晶粒尺寸在d±0.5d μπι之間的晶粒數(shù)所占比例彡70%。
[0009]較佳地，所述鈦酸鍶鋇陶瓷的居里溫度為10-30°C。
[0010]又，本發(fā)明還提供了一種上述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的制備方法，包括:
1)制備所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷粉體；
2)采用所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷粉體制備所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的素坯；
3)將所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的素坯在1350-1500°C下燒結(jié)得到所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷。
[0011 ] 較佳地，所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷粉體的制備方式包括:
a)按所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的組成化學(xué)式稱量原料粉體，其中，原料粉體包含BaC03、SrC03、T12、Fe203、MnCO3以及 A 的氧化物； b)將原料粉體球磨后加水并壓塊，然后在1000-1200°C下保溫1-3小時得到鈦酸鍶鋇塊體；
c)將鈦酸鍶鋇塊體粉碎、過篩制得所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷粉體。
[0012]較佳地，步驟2)中，將所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷粉體依次經(jīng)濕法球磨、加入粘結(jié)劑、造粒、陳化、過篩后，用于壓制所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的素坯，所述鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的素坯在燒結(jié)前進行排塑處理。
[0013]較佳地，所述粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為3?10%的聚乙烯醇溶液，加入量為鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷粉體質(zhì)量的3-10% ;陳化的時間為22?26小時；排塑的溫度為750-850°C，排塑時間為120-240分鐘。
[0014]較佳地，步驟3)中，燒結(jié)的工藝條件包括:以I?4V /分鐘的速度升溫，燒結(jié)過程中通氧氣，氧氣流量為I?3L/min，當(dāng)升溫至1350?1500°C時，保溫5?20小時，然后隨爐冷卻至室溫，關(guān)閉氧氣。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
1)本發(fā)明的BST熱釋電陶瓷的晶粒尺寸小且均勻，平均晶粒尺寸d< 3 μπι，晶粒尺寸在d±0.5d μ m之間的晶粒數(shù)所占比例^ 70 %。且樣品致1?、度尚、性能尚，可彳兩足制作非制冷紅外焦平面器件的要求，有效的解決了 BST陶瓷晶粒尺寸大且不均勻的問題；
2)本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單、無需特殊設(shè)備、成本低等優(yōu)點，適合規(guī)?；a(chǎn)，能滿足工業(yè)化需求。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1制得的均勻細(xì)晶粒BST熱釋電陶瓷經(jīng)表面拋光、熱腐蝕后的掃描電鏡照片；
圖2為實施例1制得的均勻細(xì)晶粒BST熱釋電陶瓷在零電場下介電常數(shù)及介電損耗隨溫度的變化曲線圖；
圖3為實施例1制得的均勻細(xì)晶粒BST熱釋電陶瓷在外加直流偏置電場(500V/mm)下熱釋電系數(shù)隨溫度的變化曲線圖；
圖4為對比例制得的純BST陶瓷經(jīng)表面拋光、熱腐蝕后的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0018]為解決現(xiàn)有技術(shù)難以獲得均勻細(xì)晶粒BST熱釋電陶瓷的問題，本發(fā)明提供一種制備均勻細(xì)晶粒BST熱釋電陶瓷的方法，以滿足目前非制冷紅外焦平面器件對BST材料的要求。
[0019]本發(fā)明公開了一種制備均勻細(xì)晶粒鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的方法，屬于陶瓷領(lǐng)域范疇。所述的鈦酸鋇鍶熱釋電陶瓷材料的組成通式為(BahSrx) ^bAatbTi ^bFeaMnbO3，其中0.20彡X彡0.35，0〈a ( 0.01，0〈b ( 0.005，A選自Y、Sm、La等。本發(fā)明提供的一種均勻細(xì)晶粒欽酸鎖鎖熱釋電陶瓷，加入了能減小晶粒尺寸并提尚晶粒均勾性的A203、Fe203和MnCO 3粉體。
[0020]所述鈦酸鍶鋇陶瓷的平均晶粒尺寸d < 3 μ m，均勻性為晶粒尺寸在d±0.5d μ m之間的晶粒數(shù)所占比例彡70%。
[0021]本發(fā)明制備的BST熱釋電陶瓷具有晶粒尺寸細(xì)的優(yōu)點，且晶粒尺寸均勻、致密度高，可滿足制作非制冷紅外焦平面器件的要求。本發(fā)明有效地解決了 BST陶瓷晶粒尺寸大且不均勻的難題，且制備方法簡單、周期短、成本低，適合規(guī)模化生產(chǎn)，能滿足實際應(yīng)用的需要。
[0022]本發(fā)明的熱釋電陶瓷是以固相法制粉、等靜壓成型和通氧燒結(jié)工藝而成，主要過程如下:
以BaC03、SrCOjP T1 2粉體為主要原料，加入Fe 203、MnC03及其他摻雜物后以一定介質(zhì)進行濕法球磨，在一定溫度下煅燒之后，粉碎、過篩、細(xì)磨、烘干，加入粘結(jié)劑，經(jīng)造粒、陳化、過篩，并經(jīng)等靜壓成型、排塑等步驟，最后在氧氣氛下燒結(jié)制得。
[0023]更具體地來說，所述的均勻細(xì)晶粒鈦酸鍶鋇熱釋電陶瓷的制備方法，包括:
(1)按照化學(xué)計量比稱取原料BaC03、SrC03、Ti02、Fe203、MnC03以及A的氧化物，采用濕法球磨工藝混合均勻，烘干后，按所述原料的重量加入4?1wt%的去離子水進行壓塊，在空氣氛下于1000?1200°C下保溫I?3小時制得鈦酸鍶鋇塊；然后對所得鈦酸鍶鋇塊進行粉碎、過篩制得(BahSrx) HbAfrtTLirtFeaMnbO3粉體；
(2)所得(BahSrx)HbA^Ti1IbFeaMnbO3粉體采用濕法球磨工藝混合均勾，烘干后加入規(guī)定量的粘結(jié)劑，經(jīng)造粒、陳化、過篩后再預(yù)壓、等靜壓成型、排塑制得鈦酸鍶鋇坯體；
(3)所得鈦酸鍶鋇坯體在氧氣氣氛下于1350?1500°C時燒結(jié)制得所述均勻細(xì)晶粒鈦酸鍶鋇陶瓷。
[0024]在步驟(I)中，濕法球磨工藝條件為:原料、球磨介質(zhì)和去離子水的質(zhì)量比為1:(1.0?2.0): (1.0?1.5)，球磨時間為12?26小時，所述球磨介質(zhì)為瑪瑙球。
[0025]在步驟(I)中，過40 目篩制得(BahSrx) HbAaJUeaMnbO3粉體。
[0026]在步驟⑵中，濕法球磨工藝條件為:，球磨介質(zhì)和去離子水的質(zhì)量比為1: (1.5?2.0): (0.5?1.0)，球磨時間為24?48小時，所述球磨介質(zhì)為瑪瑙球。
[0027]在步驟(2)中，所述粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為3?10%的聚乙稀醇溶液，所述粘結(jié)劑的加入量為(Ba1^Srx) ^bAatbTI1^bFeaMnbO3粉體質(zhì)量的 3 ?10%。
[0028]在步驟(2)中，所述陳化的時間為22?26小時，所述排塑的溫度為750?850°C。
[0029]在步驟(3)中，所述燒結(jié)的工藝條件為:以I?4°C /m