CN110357614A - 一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110357614A
CN110357614A CN201910679104.2A CN201910679104A CN110357614A CN 110357614 A CN110357614 A CN 110357614A CN 201910679104 A CN201910679104 A CN 201910679104A CN 110357614 A CN110357614 A CN 110357614A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic material
electric
room temperature
ferroelectricity
para
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910679104.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110357614B (zh
Inventor
徐丹
赵文杰
陈明华
刘刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN201910679104.2A priority Critical patent/CN110357614B/zh
Publication of CN110357614A publication Critical patent/CN110357614A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110357614B publication Critical patent/CN110357614B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/47—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on strontium titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63416—Polyvinylalcohols [PVA]; Polyvinylacetates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
    • C04B41/5116—Ag or Au
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/88—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3427—Silicates other than clay, e.g. water glass
    • C04B2235/3463—Alumino-silicates other than clay, e.g. mullite
    • C04B2235/3472—Alkali metal alumino-silicates other than clay, e.g. spodumene, alkali feldspars such as albite or orthoclase, micas such as muscovite, zeolites such as natrolite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Abstract

一种室温顺电‑铁电可调的陶瓷材料及其制备方法，本发明涉及电子功能陶瓷材料领域，具体涉及一种室温顺电‑铁电可调的陶瓷材料及其制备方法。本发明要解决现有钛酸锶材料的量子起伏效应阻碍铁电有序形成的技术问题。该陶瓷材料的化学式为(1‑x)SrTiO3‑xLiAlSiO4，本发明使用固相合成方法通过掺杂LiAlSiO4使钛酸锶在室温下由正常顺电相材料转变为具有微弱铁电性材料，并通过逐渐增加LiAlSiO4掺杂含量，来获得铁电性逐步增加的钛酸锶陶瓷材料。本发明工艺简单，成本低廉，不需要特殊工艺处理即可获得室温顺电‑铁电可调的陶瓷材料。本发明制备的陶瓷材料应用于压电马达、执行机构、传感器、驱动器及换能器中。

Description

一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子功能陶瓷材料领域，具体涉及一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
钛酸锶(SrTiO3)具有典型的ABO3钙钛矿结构，是一种用途比较广泛的功能陶瓷材料，具有介电常数高、介电损耗低、热稳定性好等优点，在多数情况下，主要应用于电容器、滤波器以及微电子设备中。当温度为105K附近时，SrTiO3将经历结构性相变从立方相C转变为四方相T(C-T相变)，即在常温下SrTiO3为C相或称为顺电相，只有温度高于105K转变为T相时才会具有明显的铁电性。具有ABO3结构的材料，例如SrTiO3，CaTiO3和KTaO3，通常具有较高的介电常数和较低的介电损耗，这类材料早期主要是作为量子顺电体使用，其量子起伏效应阻碍了铁电有序的形成。近几年，SrTiO3主要是作为第二相掺杂进入其他具有ABO3结构的铁电材料中从而形成二元、三元或四元铁电系来改善材料本身的电学性能，例如，Na0.5Bi0.5TiO3-SrTiO3、BaTiO3-SrTiO3、BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3、(K0.5Na0.5)NbO3-LiNbO3-BiFeO3-SrTiO3等。国内外报道中，均没有见到利用掺杂在室温下使SrTiO3材料由顺电相转变为具有铁电性的研究。
发明内容
本发明要解决现有钛酸锶材料的量子起伏效应阻碍铁电有序形成的技术问题，而提供一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法。
一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料，该材料为钛酸锶陶瓷材料，化学式为(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，其中，0﹤x≤0.15。
一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，按以下步骤进行：
一、按照钛酸锶与锂霞石粉体的摩尔比为(1-x)∶x，其中0﹤x≤0.15，称取钛酸锶粉体和锂霞石粉体；
二、将步骤一中称取的钛酸锶与锂霞石粉体放入球磨机中进行混料，得到浆料；
三、将步骤二得到的浆料烘干，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体过筛，得到预制粉体；
五、向步骤四制备的预制粉体中加入聚乙烯醇造粒，得到混料颗粒；
六、将步骤五得到的混料颗粒控制压力为8～15MPa，压制得到圆片；
七、将步骤六得到的圆片放入烧结炉中，升温至500～600℃，保温进行充分排胶；
八、将步骤七排胶后的圆片，放入刚玉陶瓷坩埚中，埋入钛酸锶粉体中，升温至1400～1600℃，保温，然后随炉冷却，得到陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，完成所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法。
其中将排胶后的圆片埋入钛酸锶粉体中为防止在高温加热过程中元素Li的挥发。
进一步的，步骤二中混料时，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，控制球料质量比为5∶1，转速为300r/min，球磨时间为8～12h。
进一步的，步骤三中烘干温度为100℃，烘干时间为10～12h。
进一步的，步骤四中过筛时，筛子的孔径为60目。
进一步的，步骤五中聚乙烯醇的加入量为预制粉体质量的5％。
进一步的，步骤六中圆片的直径为10～20mm。
进一步的，步骤七中控制升温速率为1～2℃/min，保温1～2h。
进一步的，步骤八中控制升温速率为5℃/min，保温2～5h。
进一步的，所述陶瓷材料制备电极的方法为：将陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4表面抛光，采用磁控溅射法，在陶瓷表面溅射银电极，然后放入烧结炉中退火，保温，退火温度为500～600℃，保温30～60min。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法，该材料组成为(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，其中0﹤x≤0.15。制备该材料所需原料易得，制备工艺简单，通过LiAlSiO4掺杂，可使室温顺电SrTiO3材料具有微弱的铁电性。
本发明制备的(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4陶瓷材料从XRD物相上来看仍为立方相C，但是其铁电性能测试结果则表明，当LiAlSiO4掺杂含量x>4mol％时，陶瓷样品的电滞回线明显变宽，甚至可以直接测到剩余极化强度2Pr值，当电场强度E＝40kV/cm时，0.96SrTiO3-0.04LiAlSiO4的剩余极化强度2Pr≈0.12μC/cm2，0.92SrTiO3-0.08LiAlSiO4的剩余极化强度2Pr≈0.41μC/cm2，0.88SrTiO3-0.12LiAlSiO4的剩余极化强度2Pr≈0.44μC/cm2，而纯钛酸锶的剩余极化强度2Pr仅为0.008μC/cm2，通过LiAlSiO4掺杂陶瓷材料的剩余极化强度明显提高，说明陶瓷样品在室温下已经具备一定的铁电性，进行元素掺杂的一个重要目的是要降低相结构的对称性，即由一个具有较高对称性的相结构变为一个具有相对较低对称性的相结构。因而(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4陶瓷材料顺电-铁电可调与其晶格局部对称性降低有关。(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4陶瓷材料可以作为第二相掺杂进入KNN、Bi0.5Na0.5TiO3及BaTiO3基陶瓷中，用于进一步改善二元或三元系陶瓷材料的介电、铁电及压电性能，使其能更好的应用于压电马达、执行机构、传感器、驱动器及换能器中。
本发明制备的陶瓷材料应用于压电马达、执行机构、传感器、驱动器及换能器中。
附图说明
图1为实施例制备的(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4陶瓷材料与纯SrTiO3的XRD图谱；
图2为纯SrTiO3的电滞回线图；
图3为实施例一制备的0.96SrTiO3-0.04LiAlSiO4陶瓷样品的电滞回线图；
图4为实施例二制备的0.92SrTiO3-0.08LiAlSiO4陶瓷样品的电滞回线图；
图5为实施例三制备的0.88SrTiO3-0.12LiAlSiO4陶瓷样品的电滞回线图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料，该材料为钛酸锶陶瓷材料，化学式为(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，其中，0﹤x≤0.15。
具体实施方式二：本实施方式一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，以下步骤进行：
一、按照钛酸锶与锂霞石粉体的摩尔比为(1-x)∶x，其中0﹤x≤0.15，称取钛酸锶粉体和锂霞石粉体；
二、将步骤一中称取的钛酸锶与锂霞石粉体放入球磨机中进行混料，得到浆料；
三、将步骤二得到的浆料烘干，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体过筛，得到预制粉体；
五、向步骤四制备的预制粉体中加入聚乙烯醇造粒，得到混料颗粒；
六、将步骤五得到的混料颗粒控制压力为8～15MPa，压制得到圆片；
七、将步骤六得到的圆片放入烧结炉中，升温至500～600℃，保温进行充分排胶；
八、将步骤七排胶后的圆片，放入刚玉陶瓷坩埚中，埋入钛酸锶粉体中，升温至1400～1600℃，保温，然后随炉冷却，得到陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，完成所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤二中混料时，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，控制球料质量比为5∶1，转速为300r/min，球磨时间为8～12h。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤三中烘干温度为100℃，烘干时间为10～12h。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四至一不同的是：步骤四中过筛时，筛子的孔径为60目。其它与具体实施方式二至四至一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五至一不同的是：步骤五中聚乙烯醇的加入量为预制粉体质量的5％。其它与具体实施方式二至五至一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六至一不同的是：步骤六中圆片的直径为10～20mm。其它与具体实施方式二至六至一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七至一不同的是：步骤七中控制升温速率为1～2℃/min，保温1～2h。其它与具体实施方式二至七至一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八至一不同的是：步骤八中控制升温速率为5℃/min，保温2～5h。其它与具体实施方式二至八至一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九至一不同的是：所述陶瓷材料制备电极的方法为：将陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4表面抛光，采用磁控溅射法，在陶瓷表面溅射银电极，然后放入烧结炉中退火，保温，退火温度为500～600℃，保温30～60min。其它与具体实施方式二至九至一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料，该材料为钛酸锶陶瓷材料，化学式为(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，其中，x＝0.04。
一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，以下步骤进行：
一、按照钛酸锶与锂霞石粉体(LiAlSiO4)的摩尔比为(1-x)∶x，其中x为0.04，称取钛酸锶粉体和锂霞石粉体；
二、将步骤一中称取的钛酸锶与锂霞石粉体放入球磨机中进行混料，混料时，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，控制球料质量比为5∶1，转速为300r/min，球磨时间为12h，得到浆料；
三、将步骤二得到的浆料烘干，控制烘干温度为100℃，烘干时间为12h，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体过筛，筛子的孔径为60目，得到预制粉体；
五、向步骤四制备的预制粉体中加入聚乙烯醇造粒，聚乙烯醇的加入量为预制粉体质量的5％，得到混料颗粒；
六、将步骤五得到的混料颗粒控制压力为10MPa，压制得到直径为10mm的圆片；
七、将步骤六得到的圆片放入烧结炉中，控制升温速率为1℃/min，升温至500℃，保温2h进行充分排胶；
八、将步骤七排胶后的圆片，放入刚玉陶瓷坩埚中，埋入钛酸锶粉体中，控制升温速率为5℃/min，升温至1500℃，保温2h，然后随炉冷却，得到陶瓷材料0.96SrTiO3-0.04LiAlSiO4，完成所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法。
将得到的陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4表面抛光，采用磁控溅射法，在陶瓷表面溅射银电极，然后放入烧结炉中退火，控制退火温度为500℃，保温30min，制得电极。
本实施例制备得到的0.96SrTiO3-0.04LiAlSiO4陶瓷样品，在室温下进行测试：XRD物相结果表明，当x＝4mol％时，0.96SrTiO3-0.04LiAlSiO4陶瓷样品仍维持立方相，没有任何杂相产生，说明LiAlSiO4在SrTiO3晶格中具有较高的溶解度，如图1所示。与纯SrTiO3(图2)比较，当电场强度逐渐增加时，0.96SrTiO3-0.04LiAlSiO4陶瓷样品电滞回线明显变大变宽，当电场强度E＝40kV/cm时，其剩余极化强度2Pr≈0.12μC/cm2，如图3所示。
实施例二：
本实施例一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料，该材料为钛酸锶陶瓷材料，化学式为(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，其中，x＝0.08。
一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，以下步骤进行：
一、按照钛酸锶与锂霞石粉体的摩尔比为(1-x)∶x，其中x为0.08，称取钛酸锶粉体和锂霞石粉体；
二、将步骤一中称取的钛酸锶与锂霞石粉体(LiAlSiO4)放入球磨机中进行混料，混料时，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，控制球料质量比为5∶1，转速为300r/min，球磨时间为12h，得到浆料；
三、将步骤二得到的浆料烘干，控制烘干温度为100℃，烘干时间为12h，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体过筛，筛子的孔径为60目，得到预制粉体；
五、向步骤四制备的预制粉体中加入聚乙烯醇造粒，聚乙烯醇的加入量为预制粉体质量的5％，得到混料颗粒；
六、将步骤五得到的混料颗粒控制压力为8MPa，压制得到直径为10mm的圆片；
七、将步骤六得到的圆片放入烧结炉中，控制升温速率为1℃/min，升温至600℃，保温2h进行充分排胶；
八、将步骤七排胶后的圆片，放入刚玉陶瓷坩埚中，埋入钛酸锶粉体中，控制升温速率为5℃/min，升温至1450℃，保温3h，然后随炉冷却，得到陶瓷材料0.92SrTiO3-0.08LiAlSiO4，完成所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法。
将陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4表面抛光，采用磁控溅射法，在陶瓷表面溅射银电极，然后放入烧结炉中退火，控制退火温度为500℃，保温30min，制得电极。
本实施例制备得到的0.92SrTiO3-0.08LiAlSiO4陶瓷样品，在室温下进行测试：XRD物相结果表明，当x＝4mol％时，0.92SrTiO3-0.08LiAlSiO4陶瓷样品仍维持立方相，没有任何杂相产生，说明LiAlSiO4在SrTiO3晶格中具有较高的溶解度，如图1所示。与纯SrTiO3(图2)和实施例1(图3)比较，当电场强度逐渐增加时，0.92SrTiO3-0.08LiAlSiO4陶瓷样品电滞回线明显变宽，当电场强度E＝40kV/cm时，其剩余极化强度2Pr≈0.41μC/cm2，如图4所示。
实施例三：
本实施例一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料，该材料为钛酸锶陶瓷材料，化学式为(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，其中，x＝0.12。
一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，以下步骤进行：
一、按照钛酸锶与锂霞石粉体的摩尔比为(1-x)∶x，其中x为0.12，称取钛酸锶粉体和锂霞石粉体；
二、将步骤一中称取的钛酸锶与锂霞石粉体(LiAlSiO4)放入球磨机中进行混料，混料时，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，控制球料质量比为5∶1，转速为300r/min，球磨时间为10h，得到浆料；
三、将步骤二得到的浆料烘干，控制烘干温度为100℃，烘干时间为12h，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体过筛，筛子的孔径为60目，得到预制粉体；
五、向步骤四制备的预制粉体中加入聚乙烯醇造粒，聚乙烯醇的加入量为预制粉体质量的5％，得到混料颗粒；
六、将步骤五得到的混料颗粒控制压力为12MPa，压制得到直径为10mm的圆片；
七、将步骤六得到的圆片放入烧结炉中，控制升温速率为1.5℃/min，升温至600℃，保温2h进行充分排胶；
八、将步骤七排胶后的圆片，放入刚玉陶瓷坩埚中，埋入钛酸锶粉体中，控制升温速率为5℃/min，升温至1400℃，保温4h，然后随炉冷却，得到陶瓷材料0.88SrTiO3-0.12LiAlSiO4，完成所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法。
将陶瓷材料0.88SrTiO3-0.12LiAlSiO4表面抛光，采用磁控溅射法，在陶瓷表面溅射银电极，然后放入烧结炉中退火，控制退火温度为500℃，保温30min，制得电极。
本实施例制备得到的0.88SrTiO3-0.12LiAlSiO4陶瓷样品，在室温下进行测试：XRD物相结果表明，当x＝12mol％时，0.88SrTiO3-0.12LiAlSiO4陶瓷样品仍维持立方相，没有明显杂相产生，如图1所示。与纯SrTiO3(图2)和实施例1(图3)比较，当电场强度逐渐增加时，0.88SrTiO3-0.12LiAlSiO4陶瓷样品电滞回线变宽更加显著，与实施例2(图4)相比电滞回线宽度稍有增加，说明LiAlSiO4溶解度已经达到上限，当电场强度E＝40kV/cm时，其剩余极化强度2Pr≈0.44μC/cm2，如图5所示。

Claims (10)

1.一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料，其特征在于该材料为钛酸锶陶瓷材料，化学式为(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，其中，0﹤x≤0.15。
2.如权利要求1所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、按照钛酸锶与锂霞石粉体的摩尔比为(1-x)∶x，其中0﹤x≤0.15，称取钛酸锶粉体和锂霞石粉体；
二、将步骤一中称取的钛酸锶与锂霞石粉体放入球磨机中进行混料，得到浆料；
三、将步骤二得到的浆料烘干，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体过筛，得到预制粉体；
五、向步骤四制备的预制粉体中加入聚乙烯醇造粒，得到混料颗粒；
六、将步骤五得到的混料颗粒控制压力为8～15MPa，压制得到圆片；
七、将步骤六得到的圆片放入烧结炉中，升温至500～600℃，保温进行充分排胶；
八、将步骤七排胶后的圆片，放入刚玉陶瓷坩埚中，埋入钛酸锶粉体中，升温至1400～1600℃，保温，然后随炉冷却，得到陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4，完成所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法。
3.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤二中混料时，以无水乙醇和氧化锆磨球为球磨介质，控制球料质量比为5∶1，转速为300r/min，球磨时间为8～12h。
4.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤三中烘干温度为100℃，烘干时间为10～12h。
5.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤四中过筛时，筛子的孔径为60目。
6.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤五中聚乙烯醇的加入量为预制粉体质量的5％。
7.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤六中圆片的直径为10～20mm。
8.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤七中控制升温速率为1～2℃/min，保温1～2h。
9.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤八中控制升温速率为5℃/min，保温2～5h。
10.根据权利要求2所述的一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述陶瓷材料制备电极的方法为：将陶瓷材料(1-x)SrTiO3-xLiAlSiO4表面抛光，采用磁控溅射法，在陶瓷表面溅射银电极，然后放入烧结炉中退火，保温，退火温度为500～600℃，保温30～60min。
CN201910679104.2A 2019-07-25 2019-07-25 一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法 Active CN110357614B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910679104.2A CN110357614B (zh) 2019-07-25 2019-07-25 一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910679104.2A CN110357614B (zh) 2019-07-25 2019-07-25 一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110357614A true CN110357614A (zh) 2019-10-22
CN110357614B CN110357614B (zh) 2021-12-10

Family

ID=68222483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910679104.2A Active CN110357614B (zh) 2019-07-25 2019-07-25 一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110357614B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030119656A1 (en) * 2000-06-15 2003-06-26 Paratek Microwave, Inc. Method for producing low-loss tunable ceramic composites with improved breakdown strengths
CN101123308A (zh) * 2007-10-11 2008-02-13 北京科技大学 一种用于固体氧化物燃料电池的缺位掺杂阳极材料
CN101243209A (zh) * 2005-08-10 2008-08-13 3M创新有限公司 使用复制的图案化外形和自组装单层的微加工
US20090075119A1 (en) * 2004-09-20 2009-03-19 Xubai Zhang Tunable low loss material compositions and methods of manufacture and use therefore
CN101687353A (zh) * 2007-05-14 2010-03-31 美商绩优图科技股份有限公司 用于高孔隙率陶瓷体的低热膨胀系数粘合系统及其制造方法
CN101798213A (zh) * 2010-03-12 2010-08-11 厦门大学 一种双掺杂型高介电常数的陶瓷材料及其制备方法
CN102112409A (zh) * 2008-05-30 2011-06-29 康宁股份有限公司 将玻璃料烧结到玻璃板上时的受控气氛
CN102659319A (zh) * 2012-04-26 2012-09-12 中国科学院福建物质结构研究所 氟氧化物玻璃陶瓷及其制备方法
CN103755339A (zh) * 2014-01-21 2014-04-30 武汉理工大学 一种巨介电常数低介电损耗SrTiO3陶瓷材料的制备方法
CN103979955A (zh) * 2014-05-13 2014-08-13 哈尔滨工业大学 锂-铝离子对掺杂改性的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法
WO2016059264A1 (es) * 2014-10-17 2016-04-21 Consejo Superior De Investigaciones Científicas Cintas, capas o láminas superconductoras y su método de fabricación a partir de disoluciones precursoras sin flúor con elevadas velocidades de crecimiento
CN105693093A (zh) * 2014-11-27 2016-06-22 中国建筑材料科学研究总院 一种低温无铅包封用电子浆料的制备方法
CN108779019A (zh) * 2016-02-19 2018-11-09 费罗公司 用于可机加工的页硅酸盐基结构的烧结辅助玻璃

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7297650B2 (en) * 2000-06-15 2007-11-20 Paratek Microwave, Inc. Method for producing low-loss tunable ceramic composites with improved breakdown strengths
US20030119656A1 (en) * 2000-06-15 2003-06-26 Paratek Microwave, Inc. Method for producing low-loss tunable ceramic composites with improved breakdown strengths
US20090075119A1 (en) * 2004-09-20 2009-03-19 Xubai Zhang Tunable low loss material compositions and methods of manufacture and use therefore
CN101243209A (zh) * 2005-08-10 2008-08-13 3M创新有限公司 使用复制的图案化外形和自组装单层的微加工
CN101687353A (zh) * 2007-05-14 2010-03-31 美商绩优图科技股份有限公司 用于高孔隙率陶瓷体的低热膨胀系数粘合系统及其制造方法
CN101123308A (zh) * 2007-10-11 2008-02-13 北京科技大学 一种用于固体氧化物燃料电池的缺位掺杂阳极材料
CN102112409A (zh) * 2008-05-30 2011-06-29 康宁股份有限公司 将玻璃料烧结到玻璃板上时的受控气氛
CN101798213A (zh) * 2010-03-12 2010-08-11 厦门大学 一种双掺杂型高介电常数的陶瓷材料及其制备方法
CN102659319A (zh) * 2012-04-26 2012-09-12 中国科学院福建物质结构研究所 氟氧化物玻璃陶瓷及其制备方法
CN103755339A (zh) * 2014-01-21 2014-04-30 武汉理工大学 一种巨介电常数低介电损耗SrTiO3陶瓷材料的制备方法
CN103979955A (zh) * 2014-05-13 2014-08-13 哈尔滨工业大学 锂-铝离子对掺杂改性的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法
WO2016059264A1 (es) * 2014-10-17 2016-04-21 Consejo Superior De Investigaciones Científicas Cintas, capas o láminas superconductoras y su método de fabricación a partir de disoluciones precursoras sin flúor con elevadas velocidades de crecimiento
CN105693093A (zh) * 2014-11-27 2016-06-22 中国建筑材料科学研究总院 一种低温无铅包封用电子浆料的制备方法
CN108779019A (zh) * 2016-02-19 2018-11-09 费罗公司 用于可机加工的页硅酸盐基结构的烧结辅助玻璃

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KOSEVA, I. I: "Preparation of chromium doped LiAlSiO4 glass-ceramics", 《BULGARIAN CHEMICAL COMMUNICATIONS》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110357614B (zh) 2021-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103979955B (zh) 锂-铝离子对掺杂改性的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料的制备方法
CN105948736A (zh) 一种氧化锂-三价氧化物共掺杂abo3结构高温度稳定性压电陶瓷材料及其制备方法
CN108929112A (zh) 一种掺锡的锆钛酸铅镧厚膜陶瓷及其制备和应用
CN109321979B (zh) 钛酸锶钡单晶及制备方法
CN107244898A (zh) 一种钛酸锶钡掺杂的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN109180181A (zh) 一种无铅弛豫反铁电陶瓷储能材料及其制备方法
CN116573936B (zh) 一种阴离子改性的压电陶瓷及其制备方法
CN111484325A (zh) 一种钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法和应用
CN103319168A (zh) 高居里点、宽居里温区bzt铁电陶瓷材料的制备方法
CN111763084A (zh) 一种高电卡效应的掺锰钛酸锶钡陶瓷及其制备方法和应用
CN110498681B (zh) 室温下高电卡效应的弛豫铁电陶瓷及制备方法和应用
CN109208066B (zh) 铁电陶瓷类化合物的单晶制备方法
CN110357624B (zh) 高介电常数玻璃料改性锆酸锶掺杂铌酸钾钠无铅透明陶瓷材料及其制备方法
Duran et al. Large electromechanical anisotropic modified lead titanate ceramics: Part 1 Processing
CN103981573A (zh) 提高钙钛矿结构铁电材料居里温度的方法
CN102060526A (zh) 一种锰和钇双掺杂钛酸锶钡陶瓷材料的制备方法
CN109516799A (zh) 一种具有高温度稳定性的高介陶瓷电容器材料及其制备方法
CN114085079A (zh) 一种高储能的非等摩尔比高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料及其制备方法
CN106518071B (zh) 一种高居里温度，高温度稳定性的压电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN113045307A (zh) 一种高介电低损耗钛酸钡基陶瓷及其制备方法
CN110357614A (zh) 一种室温顺电-铁电可调的陶瓷材料及其制备方法
CN107253859B (zh) 高发光热稳定性的Eu-Bi共掺杂钨青铜结构发光铁电陶瓷材料及其制备方法
CN112661508B (zh) 一种低烧高储能锆钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法
Yun et al. Aging-induced double hysteresis loops in bismuth-doped (Ba, Ca) TiO 3 ferroelectric ceramics
CN105399416A (zh) 一种高储能密度的无铅反铁电陶瓷及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant