一種鑭鈰復(fù)合鋯鈦酸鹽陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，所述材料的化學(xué)式為：LaxCe1-xZr0.5Ti0.5O3，其中1＞x＞0。本發(fā)明還公開了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的制備方法，當(dāng)x=0.5時(shí)在外加電場(chǎng)為20V的條件下，La0.5Ce0.5Zr0.5Ti0.5O3的Ps≈100μC/cm2；Pr≈60μC/cm2；Er≈700V/cm。本發(fā)明制備得到由La、Ce復(fù)合取代Pb的LaxCe1-xZr0.5Ti0.5O3類復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，減少Pb對(duì)環(huán)境的危害，能夠用于新型壓電材料的制造。
【專利說(shuō)明】一種鑭鈰復(fù)合鋯鈦酸鹽陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，具體是一種鑭鈰復(fù)合鋯鈦酸鹽陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]將氧化物按照一定的制備方式制成多晶體之后將將多晶體進(jìn)行極化處理使之成為具有壓電效應(yīng)的陶瓷材料，即壓電陶瓷。壓電陶瓷的最大功能特性是能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換。作為一種的高智能功能電子材料，壓電陶瓷的研究和開發(fā)得到世界各國(guó)的高度重視，由于原料和工藝的不斷改良，使壓電陶瓷的性能得到了有效的開發(fā)，其應(yīng)用也愈來(lái)愈廣泛。占市場(chǎng)主體的壓電陶瓷主要是含氧化鉛或者以鋯鈦酸鉛為基體的壓電陶瓷。 這種壓電陶瓷存在體系中存在的氧化鉛或者鋯鈦酸鉛基體，原料揮發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)，不管在生產(chǎn)過(guò)程中還是使用中以及廢棄處理后都會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的損害；在材料的制備過(guò)程中，氧化鉛的揮發(fā)會(huì)使材料的化學(xué)計(jì)量比與設(shè)計(jì)比例發(fā)生較大偏離，材料的一致性和重復(fù)性等性能因此受到極大的影響。由此可見，研究和制備無(wú)鉛或者少鉛的壓電陶瓷具有很大的社會(huì)意義和應(yīng)用價(jià)值。
[0003]稀土元素具備獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，豐富的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)特性，在新材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)摻雜構(gòu)成稀土化合物是稀土在陶瓷材料中的主要出現(xiàn)形式，而且微量的稀土摻雜可以極大地改變陶瓷材料的燒結(jié)性能、微觀結(jié)構(gòu)、致密度、相組成及物理和機(jī)械性能。在PZT中摻雜微量稀土氧化物如La2Oy CeO2, Nd2O3等可以大大改善材料的介電性和壓電性，使它們更適應(yīng)實(shí)際需要。文獻(xiàn)[1-3]報(bào)道了以稀土氧化物添加劑對(duì)壓電陶瓷材料微觀結(jié)構(gòu)，介電特性和壓電特性等方面的影響。文獻(xiàn)[4]采用改進(jìn)的硬脂酸法和固相反應(yīng)法制備了 LaZra 5Ti0.503，NdZra5Tia5O3和CeZra5Tia5O315但未見有關(guān)復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的報(bào)道。
[0004][I]姜丹，周桃生，劉珩.CeO2摻雜(Ba，Sr, Ca)Ti03基高壓電容陶瓷的研究 [J].硅酸鹽通報(bào)，2010,29(3): 698-700。
[0005][2]付鵬，鄧偉，楊成濤.稀土氧化物對(duì)Naa5Bia5TiO3基無(wú)鉛壓電結(jié)構(gòu)和性能的影響[J].陶瓷，2010，(4): 20-24。
[0006][3]馮博凱，武利順，趙亮培?溶膠-凝膠法制備Caa4Sra6Bi4Ti4O15細(xì)晶陶瓷 [J].人工晶體學(xué)報(bào)，2010，39(3): 675-679。
[0007][4]夏小云? MZra5TiQ.503 (M =La, Nd, Ce, Pb)壓電材料的制備及其性能[D]? 杭州，浙江理工大學(xué)，2012。
[0008]文獻(xiàn)[4]采用改進(jìn)的溶膠凝膠法制備了 LaZra5Tia5O3和CeZra5Tia5O3陶瓷粉體， 并將其加工成陶瓷片測(cè)試了其部分性能。
[0009]文獻(xiàn)[4]分別以稀土 La，Nd，Ce取代PbZra5Tia5O3中的Pb，分別得到了 LaZra5Tia5O3, NdZra5Tia5O3 和 Ce Zra5Tia5O3 等鋯鈦酸鹽陶瓷材料，以 LaZra5Tia5O3 為例， 說(shuō)明其技術(shù)步驟如下:稱取28.4 g的硬脂酸置于燒杯中，在磁力攪拌加熱器上加熱至70 °C左右，加熱攪拌 30 min后完全融化形成溶液。
[0010]同時(shí)，按照化學(xué)計(jì)量比為1:0.5的比例分別稱取3.80 g的La (NO3)3 3H20和2.145 g的Zr (NO3)4 5H20溶解到去離子水溶液中形成溶液，70°C條件下磁力攪拌30min直至融化形成澄清溶液；將溶液緩緩加入硬脂酸溶液中混合，然后提高攪拌速度至1800r/min，攪拌 2h，待混合溶液脫水完全形成均相的溶膠后，按La:Ti=l:0.5的比例，量取1.70g的鈦酸丁酯加入溶膠中，持續(xù)攪拌30min，形成半透明溶液。在電爐上加熱該溶液，直至點(diǎn)火燃燒，將燃燒產(chǎn)物充分研磨后置于馬弗爐中在800°C?1000°C溫度焙燒2h ;最后將所得陶瓷材料粉體進(jìn)行造粒、成型、排膠、燒結(jié)和極化得到Laa5Zra5Tia5O3壓電陶瓷片。文獻(xiàn)[4]報(bào)道的材料是單一的稀土取代Pb的稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，所述材料的化學(xué)式為=LaxCehZra5Tia5O3，其中l(wèi)>x>0。
[0012]本發(fā)明還提供了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟: 稱取28.4 g的硬脂酸置于燒杯中，在磁力攪拌加熱器上加熱至70 °C左右，加熱攪拌
30 min后完全融化形成溶液。
[0013]同時(shí)，按照化學(xué)計(jì)量比為X: (1-x): 0.5的比例分別稱取3.8x g的La (NO3)3-3H20, 4.34 (1-x) g Ce (NO3) 3 6H20 和 2.145 g 的 Zr (NO3) 4 5H20 溶解到去離子水溶液中形成溶液，70°C條件下磁力攪拌30min直至融化形成澄清溶液；將溶液緩緩加入硬脂酸溶液中混合，然后提高攪拌速度至1800r/min，攪拌2h，待混合溶液脫水完全形成均相的溶膠后，按La: Ce: Ti=x: 1-x: 0.5的比例，量取1.70g的鈦酸丁酯加入溶膠中，持續(xù)攪拌 30min，形成半透明溶液。在電爐上加熱該溶液，直至點(diǎn)火燃燒，將燃燒產(chǎn)物充分研磨后置于馬弗爐中在800 °C溫度下焙燒2h ;最后將所得陶瓷材料粉體進(jìn)行造粒、成型、排膠、燒結(jié)和極化得到LaxCe1 xZr0.5Ti0.503壓電陶瓷片。
[0014]進(jìn)一步的，當(dāng)x=0.5時(shí)在外加電場(chǎng)為20V的條件下，La0 5Ce0.5ZrQ.5Ti0 503的Ps 100 u C/cm2 ；Pr 60 u C/cm2 ； Er 700V/cm。
[0015]本發(fā)明制備得到由La、Ce復(fù)合取代Pb的LaxCei_xZra 5Ti0.503類復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，減少Pb對(duì)環(huán)境的危害，能夠用于新型壓電材料的制造。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明的復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，所述材料的化學(xué)式為IaxCehZra Jitl 5O3 (l>x>0)。其制備方法如下:
稱取28.4 g的硬脂酸置于燒杯中，在磁力攪拌加熱器上加熱至70 °C左右，加熱攪拌 30 min后完全融化形成溶液。
[0018]同時(shí)，按照化學(xué)計(jì)量比為X: (1-x): 0.5的比例分別稱取3.8x g的La (NO3)3-3H20, 4.34 (1-x) g Ce (NO3) 3 6H20 和 2.145 g 的 Zr (NO3) 4 5H20 溶解到去離子水溶液中形成溶液，70°C條件下磁力攪拌30min直至融化形成澄清溶液；將溶液緩緩加入硬脂酸溶液中混合，然后提高攪拌速度至1800r/min，攪拌2h，待混合溶液脫水完全形成均相的溶膠后，按La: Ce: Ti=x: 1-x: 0.5的比例，量取1.70g的鈦酸丁酯加入溶膠中，持續(xù)攪拌 30min，形成半透明溶液。在電爐上加熱該溶液，直至點(diǎn)火燃燒，將燃燒產(chǎn)物充分研磨后置于馬弗爐中在800 °C溫度下焙燒2h ;最后將所得陶瓷材料粉體進(jìn)行造粒、成型、排膠、燒結(jié)和極化得到LaxCe1xZr0.5Ti0.503壓電陶瓷片。
[0019]當(dāng)x=0.5 時(shí)在外加電場(chǎng)為 20V 的條件下，Laa5Cea5Zra5Tia5O3 的 Ps。100 U C/ cm2 ；Pr 60 u C/cm2 ； Er 700V/cm。
[0020]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以作出若干變型和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，其特征在于:所述材料的化學(xué)式為: LaxCehZrtl.Jitl 5O3,其中 l>x>0。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:稱取28.4 g的硬脂酸置于燒杯中，在磁力攪拌加熱器上加熱至70 °C左右，加熱攪拌 30 min后完全融化形成溶液；同時(shí)，按照化學(xué)計(jì)量比為X: (1-x): 0.5的比例分別稱取3.8x g的La (NO3)3 3H20,4.34 (1-x) g Ce (NO3) 3 6H20和2.145 g的Zr (NO3)4 5H20溶解到去離子水溶液中形成溶液，70°C條件下磁力攪拌30min直至融化形成澄清溶液；將溶液緩緩加入硬脂酸溶液中混合，然后提高攪拌速度至1800r/min，攪拌2h，待混合溶液脫水完全形成均相的溶膠后，按 La: Ce: Ti=x: l_x: 0.5的比例,量取1.70g的鈦酸丁酯加入溶膠中，持續(xù)攪拌30min,形成半透明溶液；在電爐上加熱該溶液，直至點(diǎn)火燃燒，將燃燒產(chǎn)物充分研磨后置于馬弗爐中在800 °C溫度下焙燒2h;最后將所得陶瓷材料粉體進(jìn)行造粒、成型、排膠、燒結(jié)和極化得到 LaxCei_xZrQ.Jia5O3 壓電陶瓷片。
3.如權(quán)利要求1的復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，其特征在于:當(dāng)x=0.5時(shí)在外加電場(chǎng)為 20V 的條件下，Laci 5Ceci 5Zrci 5Tici 5O3 的 Ps 100 u C/cm2 ；Pr 60 u C/cm2 ； Er 700V/cm。
【文檔編號(hào)】C04B35/49GK103435343SQ201310353088
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】王艷萍, 孟祖奇, 夏小云, 袁嫣紅, 胡旭東 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)