專利名稱：一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料及其制備方法，屬于功能陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉍層狀結(jié)構(gòu)材料，由于具有居里溫度高、介電常數(shù)低、老化率低、介電擊穿強(qiáng)度高、諧振頻率的溫度穩(wěn)定性好、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)較高以及抗疲勞性能好等特點(diǎn)，并且可以制備出無鉛材料。由于該材料這些特點(diǎn)，使其在高溫、高頻以及非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。但是，鉍層狀材料存在著矯頑場大、剩余極化強(qiáng)度小以及其高溫電導(dǎo)率大而易造成高溫失效等缺點(diǎn)。
弛豫鐵電陶瓷材料也是近年來研究關(guān)注的重點(diǎn)，在技術(shù)上具有廣泛的應(yīng)用，但目前研究的弛豫鐵電體主要是單純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的，并且大多數(shù)含鉛，因此，研發(fā)新型無鉛弛豫鐵電材料具有重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來，人們在對鉍層狀結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行摻雜改性時(shí)，發(fā)現(xiàn)了材料的介電弛豫行為。
長期以來，研究者認(rèn)為鉍層狀結(jié)構(gòu)材料中類鈣鈦礦層中的A、B位易于摻雜或取代，而Bi2O2層則是不可改變的。目前有關(guān)Bi2O2層中的Bi位取代制備材料并對該材料結(jié)構(gòu)和介電性能影響的研究還尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用Re(Re＝La或Pr等)對ABi2Nb2O9(A＝Sr或Ca)的Bi2O2層中Bi位進(jìn)行取代改性，制備一種新型的鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料。
本發(fā)明通過下述方案來加以制備的。
按化學(xué)式ABi2-xRexNb2O9配方，A為Sr或Ca，Re為Pr或La，0＜x＜1，原料可選用碳酸鍶或硝酸鍶、碳酸鈣或氫氧化鈣、氧化鉍、五氧化二鈮、氧化鑭和氧化譜。
選用去離子水作為彌散劑，在球磨罐中粗磨8-24小時(shí)，出料并干燥，將粉料在40-80MPa的壓力壓成塊，以1-5℃/min的升溫速度升至700-1000℃，保溫1-2小時(shí)進(jìn)行預(yù)合成。將合成的料塊破碎后過篩，仍以去離子水為彌散劑再細(xì)磨8-24小時(shí)，然后干燥。向粉料中加入聚乙烯醇粘結(jié)劑，過篩造粒，在100-300MPa壓力下成型。將成型后的坯體在700-1000℃下保溫1-2小時(shí)(升溫速率為1-5℃/min)進(jìn)行排塑，然后以升溫速率為1-5℃/min，1100-1250℃的燒結(jié)溫度下坩堝密閉燒結(jié)，保溫時(shí)間為1-2小時(shí)。被銀電極后進(jìn)行測試。
本發(fā)明通過ABi2Nb2O9(A＝Sr或Ca)的Bi2O2層中Bi位Re(Re＝La或Pr等)取代，成功制備了一種新型的無鉛鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電材料。該材料表現(xiàn)出的高溫介電性能，使其可應(yīng)用于高壓電容器、壓電陶瓷濾波器以及壓電陶瓷振蕩器等領(lǐng)域


圖1為SrBi1.65La0.35Nb2O9弛豫鐵電陶瓷的在不同頻率下的介電常數(shù)圖譜。
圖2為SrBi1.65La0.35Nb2O9弛豫鐵電陶瓷的在不同頻率下的介電損耗圖譜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，但本發(fā)明絕非局限于下述各實(shí)施例。
實(shí)施例1以SrBi2Nb2O9為基體，利用La3+取代Bi3+，其組成為SrBi1.65La0.35Nb2O9。所用原料為碳酸鍶(SrCO3)、氧化鉍(Bi2O3)、五氧化二鈮(Nb2O5)和氧化鑭(La2O3)。
將原料按配方比例稱量，利用去離子水作為彌散劑在球磨罐中粗磨24小時(shí)，出料并干燥，將粉料在60MPa的壓力壓制成塊，以3℃/min的升溫速度升至850℃，保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)合成。將合成的料塊破碎并過40目篩，仍以去離子水為彌散劑再細(xì)磨24小時(shí)，然后干燥。向粉料中加入7wt％的聚乙烯醇(PVA)粘結(jié)劑(濃度為5wt％)，過20目篩造粒，在200MPa壓力下成型。將成型后的坯體在800℃下保溫2小時(shí)(升溫速率為2℃/min)進(jìn)行排塑。燒結(jié)溫度定為1190℃，升溫速率為2℃/min，將坩堝密閉進(jìn)行燒結(jié)，保溫2小時(shí)。被銀電極后進(jìn)行測試。
介電性能的測量利用HP 4284A阻抗分析儀和GJW-1高溫介電溫譜測試系統(tǒng)(西安交通大學(xué)電子材料研究所)測量樣品的介電溫譜，測量溫度范圍為室溫至600℃，測試頻率為1kHz、10kHz、100kHz和1MHz。根據(jù)以下公式計(jì)算圓片樣品的介電常數(shù)εrϵr=ϵϵ0=4C·tπϵ0·d2]]>式中，C為電容，t為樣品的厚度，d為樣品的直徑，ε0為真空介電常數(shù)(8.854×10-12F/m)。
實(shí)施例2以SrBi2Nb2O9為基體，利用Pr3+取代Bi3+，其組成為SrBi1.70Pr0.30Nb2O9。所用原料為碳酸鍶(SrCO3)、氧化鉍(Bi2O3)、五氧化二鈮(Nb2O5)和氧化鐠(Pr6O11)。
燒結(jié)溫度為1200℃，升溫速率為2℃/min，其余條件同實(shí)施例1。
實(shí)施例3以CaBi2Nb2O9為基體，利用La3+取代Bi3+，其組成為CaBi1.5La0.5Nb2O9。所用原料為碳酸鈣(CaCO3)、氧化鉍(Bi2O3)、五氧化二鈮(Nb2O5)和氧化鑭(La2O3)。
燒結(jié)溫度為1180℃，升溫速率為2℃/min，其余條件同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料，其化學(xué)式為ABi2-xRexNb2O9，A為Sr或Ca，Re為Pr或La，0＜x＜1。
2.一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料的制備方法，采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)方法，包括配料、混合、成型、預(yù)合成、粉碎、造粒、成型、排塑、燒結(jié)等過程，其特征在于(1)按化學(xué)式ABi2-xRexNb2O9配料，A為Sr或Ca，Re為Pr或La，0＜x＜1；(2)預(yù)合成的制度為以1-5℃/min的升溫速度升至700-1000℃，保溫1-2小時(shí)；(3)排塑的制度為700-1000℃下保溫1-2小時(shí)；(4)燒結(jié)的制度為以1-5℃/min的升溫速率升至1100-1250℃，燒結(jié)時(shí)間為1-2小時(shí)。
3.按權(quán)利要求2所述的一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料的制備方法，其特征在于預(yù)合成前成型的壓力40-80Mpa。
4.按權(quán)利要求2所述的一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料的制備方法，其特征在于排塑前成型的壓力100-300MPa壓力。
5.按權(quán)利要求2或3或4所述的一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料的制備方法，其特征在于在燒結(jié)過程中將坩堝密閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉍層狀結(jié)構(gòu)弛豫鐵電陶瓷材料及其制備方法，屬于功能陶瓷領(lǐng)域。本發(fā)明按化學(xué)式ABi
文檔編號(hào)H01L41/187GK1793023SQ20051011240
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者黃世明, 馮楚德, 陳立東 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所