專利名稱：一種熱釋電陶瓷材料及其凝膠注模成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，它涉及一種摻雜鑭和鈣的雙摻雜鈦酸鉛Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3(簡稱PLCT)熱釋電陶瓷及其凝膠注模成型方法。
背景技術(shù)：
陶瓷材料的成型方法，一般可分為干法和濕法兩大類。以往熱釋電陶瓷一般采用傳統(tǒng)干壓法進行坯體成型，但這僅僅適合于制造形狀和構(gòu)造比較簡單的熱釋電陶瓷產(chǎn)品。1990年初，美國橡樹嶺國家實驗室發(fā)明了一種全新的陶瓷材料濕法成型技術(shù)——凝膠注模成型技術(shù)(Gel-casting)，該工藝于傳統(tǒng)干壓法相比，具有設(shè)備簡單、成型坯體組份均勻、密度均勻、缺陷少、不易變形、易成型復(fù)雜形狀零件及實用性很強等突出優(yōu)點?，F(xiàn)有凝膠注模成型技術(shù)是一種制備高可靠性、復(fù)雜形狀陶瓷部件的有效方法，它從根本上變革了傳統(tǒng)的陶瓷成型工藝，實現(xiàn)高分散、有濃度漿料的原位凝固，是一種低成本，高可靠性的陶瓷成型技術(shù)。但現(xiàn)有凝膠注模成型技術(shù)存在以下缺點1、幾乎所有的有機單體都有毒性，如丙烯酰胺就具有神經(jīng)毒性；2、成型坯體中含有3～4％重量的有機物，因此燒結(jié)前還需進行脫脂，從而增加生產(chǎn)周期和制造成本；3、存在氧阻效應(yīng)，表面不光滑。
熱釋電材料在紅外探測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視，以PT系列陶瓷為代表的熱釋電材料制備的紅外探測器，以其低成本、高可靠、非制冷的特點在紅外成像領(lǐng)域引發(fā)一場革命。PLCT系列陶瓷具有很高的熱釋電系數(shù)、低的介電常數(shù)、高探測率優(yōu)值，因此適合用來制作熱釋電探測陣列，具有很高的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱釋電陶瓷材料，該陶瓷材料具有很高的熱釋電系數(shù)、低的介電常數(shù)、高探測率優(yōu)值，適合用來制作熱釋電探測器陣列；本發(fā)明還提供了該陶瓷材料的凝膠注模成型方法本發(fā)明提供的一種熱釋電陶瓷材料，其結(jié)構(gòu)式為Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3，其中，x＝0.1-0.2、y＝0.1-0.2。
上述材料的凝膠注模成型方法，包括以下步驟1)將Pb3O4、La2O3、CaCO3和TiO2按下述質(zhì)量比混合，再進行球磨，烘干，過篩，預(yù)燒，球磨，烘干和過篩制備成熱釋電陶瓷粉料，各原料的質(zhì)量比為Pb3O4168.39～192.45，La2O316.26～32.58，CaCO310.11～20.22，TiO276.28～78.29；2)將硅酸乙脂溶于去離子水和酒精的混合液中，再加入鹽酸，混合攪拌，制備成水解液，其體積比V硅酸乙脂∶V去離子水∶V酒精∶V鹽酸＝1∶0.4-0.6∶0.1-0.3∶0.002-0.006；3)將熱釋電陶瓷粉料與水解液混合攪拌均勻制成漿料，其體積比VPLCT∶V水解液＝4-5∶5；4)將漿料通過真空除泡，在模具內(nèi)澆注；5)調(diào)節(jié)漿料PH值，使其PH值為1～3，再將漿料快速凝固，干燥形成坯體；6)將坯體進行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100～1200℃，保溫制得所需的熱釋電陶瓷材料。
實驗結(jié)果表明，以Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3(x＝0.1，y＝0.1)陶瓷粉料為原料，采用本發(fā)明凝膠注模制備的多種形狀坯體，經(jīng)1150℃燒結(jié)成陶瓷，其性能優(yōu)良，參數(shù)為tgδ＝0.5％、εγ＝298，平均熱釋電系數(shù)達8.0×10-4C/m2K并且探測率優(yōu)值高達9.87×10-5Pa-0.5(在f＝1KHz時)。由此可以看出采用本發(fā)明制備出的PLCT系列陶瓷具有低的相對介電常數(shù)、很高的熱釋電系數(shù)、高探測率優(yōu)值，其性能能夠滿足制備高靈敏度單元熱釋電紅外傳感器和非致冷焦平面紅外傳感器對材料性能上的要求，同時本發(fā)明的凝膠注模方法，有以下幾個優(yōu)點1、不含有機物，減少了排膠過程，簡化了工藝；2、粘結(jié)劑里不含有毒性物質(zhì)；3、不存在傳統(tǒng)凝膠注模成型方法所固有的氧阻反應(yīng)；因而在開發(fā)與應(yīng)用上具有十分誘人的前景。


圖1為結(jié)膠時間與水解液PH值的關(guān)系圖；圖2為PLCT熱釋電陶瓷的熱釋電系數(shù)隨溫度變化曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的熱釋電陶瓷材料的結(jié)構(gòu)式為Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3，其中，x＝0.1-0.2、y＝0.1-0.2。
上述材料的凝膠注模成型方法包括以下步驟1)將氧化鉛(Pb3O4)、氧化鑭(La2O3)、碳酸鈣(CaCO3)和二氧化鈦(TiO2)按下述質(zhì)量比混合，再進行球磨，烘干，過篩，預(yù)燒，球磨，烘干和過篩制備成熱釋電陶瓷粉料，各原料的質(zhì)量比為Pb3O4168.39～192.45，La2O316.26～32.58，CaCO310.11～20.22，TiO276.28～78.29。
2)將硅酸乙脂溶于去離子水和酒精的混合液中，再加入鹽酸，混合攪拌，制備成水解液，其體積比V硅酸乙脂∶V去離子水∶V酒精∶V鹽酸＝1∶0.4-0.6∶0.1-0.3∶0.002-0.006；3)將熱釋電陶瓷粉料與水解液混合攪拌均勻制成漿料，其體積比VPLCT∶V水解液＝4-5∶5；4)將漿料通過真空除泡，在模具內(nèi)澆注。
5)滴入酸來調(diào)節(jié)漿料PH值，PH值的范圍1～3，使?jié){料快速凝固，然后在20～30℃條件下干燥2～3天，形成坯體；6)將坯體進行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100～1200℃，保溫2h，制得所需的熱釋電陶瓷材料。
圖1給出了水解液PH值和結(jié)膠時間的關(guān)系，由圖1可以看出，當(dāng)水解液PH值在1～3范圍時，結(jié)膠時間較長，其中PH＝2.1時達到最長，有利于步驟4除泡工藝的進行。
圖2給出的是PLCT熱釋電陶瓷的熱釋電系數(shù)隨溫度變化曲線圖。其制備的樣品平均熱釋電系數(shù)為8×10-4C/m2。在37～53℃溫度范圍內(nèi)，陶瓷樣品具有很高的熱釋電系數(shù)，其熱釋電系數(shù)隨溫度上升而呈現(xiàn)線性遞增月無波動性。此溫區(qū)范圍平均熱釋電系數(shù)為9×10-4C/m2K，峰值達到10.74×10-4C/m2K，完全滿足制備熱釋電探測器陣列的需要。
實例11)將原料按下述配比混合，球磨為加去離子水和粉料混合，球磨時間為4h，烘干溫度為100℃，烘干時間為12h，過篩篩子為60目，預(yù)燒采用200℃/h，預(yù)燒溫度為800℃。各原料的配比為Pb3O4192.45，La2O316.29，CaCO310.11，TiO278.29。
2)將硅酸乙脂溶于去離子水和酒精的混合液中，再加入鹽酸，混合攪拌，制備成水解液，其體積比V硅酸乙脂∶V去離子水∶V酒精∶V鹽酸＝1∶0.4∶0.2∶0.004；3)將熱釋電陶瓷粉料與水解液混合攪拌均勻制成漿料，其體積比VPLCT∶V水解液＝4∶5；4)將漿料通過真空除泡，在模具內(nèi)澆注；5)通過滴入鹽酸來調(diào)節(jié)漿料PH值至2，使?jié){料快速凝固，然后在25℃條件下干燥2天，形成坯體；6)將坯體進行高溫?zé)Y(jié)，以每小時200℃升溫，燒結(jié)溫度為1150℃，制得的熱釋電陶瓷材料為Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3(x＝0.1，y＝0.1)。實驗結(jié)果表明，以Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3(x＝0.1，y＝0.1)陶瓷粉料為原料，采用本發(fā)明凝膠注模制備的多種形狀坯體，經(jīng)1150℃燒結(jié)成陶瓷，其性能最優(yōu)，參數(shù)為損耗角正切值tgδ＝0.5％、相對介電常數(shù)εγ＝298，平均熱釋電系數(shù)達8.0×10-4C/m2K并且探測率優(yōu)值高達9.87×10-5Pa-0.5(在f＝1KHz時)。
實例2-6按照實例1所述的步驟，采用表一中的工藝參數(shù)對原材料進行處理，所獲得的陶瓷材料的電學(xué)性能見表二所示。
表一

表二

權(quán)利要求
1.一種熱釋電陶瓷材料，其結(jié)構(gòu)式為Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3，其中，x＝0.1-0.2、y＝0.1-0.2。
2.一種權(quán)利要求1所述材料的凝膠注模成型方法，包括以下步驟1)將Pb3O4、La2O3、CaCO3和TiO2按下述質(zhì)量比混合，再進行球磨，烘干，過篩，預(yù)燒，球磨，烘干和過篩制備成熱釋電陶瓷粉料，各原料的質(zhì)量比為Pb3O4168.39～192.45，La2O316.26～32.58，CaCO310.11～20.22，TiO276.28～78.29；2)將硅酸乙脂溶于去離子水和酒精的混合液中，再加入鹽酸，混合攪拌，制備成水解液，其體積比V硅酸乙脂∶V去離子水∶V酒精∶V鹽酸＝1∶0.4-0.6∶0.1-0.3∶0.002-0.006；3)將熱釋電陶瓷粉料與水解液混合攪拌均勻制成漿料，其體積比VPLCT∶V水解液＝4-5∶5；4)將漿料通過真空除泡，在模具內(nèi)澆注；5)調(diào)節(jié)漿料PH值，使其PH值為1～3，再將漿料快速凝固，干燥形成坯體；6)將坯體進行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100～1200℃，保溫制得所需的熱釋電陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱釋電陶瓷材料，結(jié)構(gòu)式為Pb
文檔編號C04B35/622GK1884194SQ20061001945
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者姜勝林, 曾亦可, 張洋洋, 鄧傳益, 張海波, 胡勇 申請人:華中科技大學(xué)