專利名稱：鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈮鎂酸鉛陶瓷的制備方法，特別是涉及一種鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
大部分研究人員集中于研究(Ba，Sr)TiO3(BST), Ba (Zr，Ti) O3 (BZT) and (Pb，Sr)TiO3(PST)等體系的材料，但是這些材料不能夠滿足這樣一個條件介電損耗低的同時，材料具有較高的介電調(diào)諧率。文 S^“Lavinia P. Curecheriua, , Adelina Ianculescub and LilianaMitoseriua, Tunability properties in the paraelectric state of thePb (Mg1/3Nb2/3)03ceramics, Journal of the European Ceramic Society30 (2010) 599-603” 公開了一種在不同的條件下用傳統(tǒng)的陶瓷制備方法制備了鈮鎂酸鉛陶瓷，制備的鈮鎂酸鉛陶瓷在溫度300K條件下，介電常數(shù)為10000 12000，但介電損耗為2%左右，當(dāng)外加電場為25kV/cm時，調(diào)諧率為30% 50%，還不理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的方法制備的鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷介電常數(shù)小、調(diào)諧率低的不足，本發(fā)明提供一種鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的制備方法。該方法根據(jù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中A、B位原子的特點(diǎn)，合理的控制各元素的配比，選擇合適的摻雜元素鋯，制備的鈮鎂酸鉛陶瓷可以具有較大的介電常數(shù)和較高的調(diào)諧率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的制備方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟(a) 將分析純MgO、Nb2O5、PbO和ZrO2,按照化學(xué)計(jì)量t匕Pb (Mgl73Nb273) !^03(0 ^ X ^ 0. 12)稱量并且配料；(b)將配料放入球磨罐中，按氧化鋯球配料酒精為3 1 1的比例混料球磨，球磨時間為2-6小時；(C)將混料烘干后壓塊，在1000-1200°C溫度下預(yù)燒1-6小時粉得到MgNb2O6粉體；(d)再按照化學(xué)計(jì)量比Pb (Mgl73Nb273) ^xZrxO3 (0彡x彡0. 12)分別稱量ZrO2和PbO加入經(jīng)過預(yù)燒的MgNb2O6粉體中；(e)將步驟(d)中稱好的料放入球磨罐中，再球磨4-8小時，烘干后過篩；(f)將經(jīng)過再球磨的料烘干后壓大塊，在900-1100°C溫度下煅燒3-6小時得到PMN粉體；(g)將步驟(f)中的粉體過篩后預(yù)壓成直徑為10-12臟，厚度為1-1. 2mm的圓片，然后在200-300MPa的等靜壓壓力下成型；(h)將成型后的圓片在1150-1280°C下保溫1-4小時，燒結(jié)成瓷，經(jīng)打磨拋光后涂敷銀漿，在500-550°C下，保溫20-30分鐘燒成銀電極。
本發(fā)明的有益效果是由于根據(jù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中A、B位原子的特點(diǎn)，合理的控制各元素的配比，選擇合適的摻雜元素鋯，通過先預(yù)合成鈮酸鎂粉體，再加入二氧化鋯和氧化鉛粉體進(jìn)行二次預(yù)合成，制備的鈮鎂酸鉛陶瓷在調(diào)諧率和介電損耗方面有較優(yōu)異的性能。與背景技術(shù)相同的溫度300K條件下，介電常數(shù)由背景技術(shù)的10000 12000提高到10829 16289，同時介電損耗由背景技術(shù)的2%左右下降到0. 3 I. 3%;當(dāng)外加電場為25kV/cm時其調(diào)諧率由背景技術(shù)的30 50%提高到62 75%。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。


圖I是本發(fā)明方法四個實(shí)施例所制備氧化鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的X射線衍射圖
P曰。 圖2是本發(fā)明方法四個實(shí)施例所制備氧化鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的介電常數(shù)隨溫度的變化關(guān)系曲線。圖3是本發(fā)明方法四個實(shí)施例所制備氧化鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的介電損耗隨溫度的變化關(guān)系曲線。圖4是本發(fā)明方法四個實(shí)施例所制備氧化鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷，在IOkHz下調(diào)諧率隨外加電場的變化關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例參照圖I 4。實(shí)施例l，x=0. 03時，按化學(xué)計(jì)量比稱量0. 7889g MgO, 5. 2427g Nb2O5，將稱好的料放入球磨罐中，按氧化鋯球料酒精為3 :1 :1的比例混料球磨，球磨時間為2小時；將混合好的料烘干后壓塊，在1000°C溫度下進(jìn)行預(yù)燒6小時，取出煅燒好的料研碎，得到鈮酸鎂預(yù)燒粉體，再將鈮酸鎂粉體與13. 6125g PbO和0. 2255g ZrO2，放入球磨罐中，球磨4小時，烘干后過篩；將過篩后的粉料預(yù)壓成大塊，在900°C下預(yù)燒6小時，再將大塊粉碎，過篩，預(yù)壓成直徑為IOmm,厚度為Imm的圓片，然后在200MPa的等靜壓壓力下最終成型；將成型后的圓片在1150°C下保溫4小時；燒結(jié)成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在500°C下，保溫30分鐘燒成銀電極。用日本理學(xué)公司的全自動X射線衍射儀(D/Max2550VB+/PC)對陶瓷結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，用安捷倫阻抗測試儀(4294A)對被銀后的陶瓷進(jìn)行溫譜測試。圖I中(b)是摻雜ZrO2U=O. 03)的鈮鎂酸鉛陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖中可以看出，所制備的陶瓷為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。IOkHz下，摻雜ZrO2 (x=0. 03)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電常數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖2(b)所示，從圖中可以看出，300k時其介電常數(shù)為10829。IOkHz下，摻雜ZrO2 (x=0. 03)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電損耗隨溫度變化的關(guān)系如圖3 (b)所示，300k時，介電損耗為0.003。由圖4 (b)可以看出摻雜ZrO2U=O. 03)的鈮鎂酸鉛陶瓷當(dāng)外加電場為25kV/cm時其調(diào)諧率為 62%。實(shí)施例2，x=0. 06時，按化學(xué)計(jì)量比稱量0. 7679g MgO, 5. 1056g Nb2O5,將稱好的料放入球磨罐中，按氧化鋯球料酒精為3 1 1的比例混料球磨，球磨時間為3小時；將混合好的料烘干后壓塊，在1100°C溫度下預(yù)燒4小時，取出煅燒好的料研碎，得到鈮酸鎂預(yù)燒粉體，再將鈮酸鎂粉體與13. 6822g PbO和0. 4532g ZrO2，放入球磨罐中，球磨5小時，烘干后過篩；將過篩后的粉料預(yù)壓成大塊，在100(TC下預(yù)燒5小時，再將大塊粉碎，過篩，預(yù)壓成直徑為IOmm,厚度為Imm的圓片，然后在250MPa的等靜壓壓力下成型；將成型后的圓片在1200°C下保溫3小時；燒結(jié)成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在500°C下，保溫25分鐘燒成銀電極。用日本理學(xué)公司的全自動X射線衍射儀(D/Max2550VB+/PC)對陶瓷結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，用安捷倫阻抗測試儀(4294A)對被銀后的陶瓷進(jìn)行溫譜測試。圖I中(c)是摻雜ZrO2 (x=0. 06)的鈮鎂酸鉛陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖中可以看出，所制備的陶瓷為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。IOkHz下，摻雜ZrO2 (x=0. 06)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電常數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖2 (c)所示，從圖中可以看出，IOkHz下，300k時其介電常數(shù)為12371。IOkHz下，摻雜ZrO2U=O. 06)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電損耗隨溫度變化的關(guān)系如圖3 (c)所示，300k時，介電損耗為0. 007，由圖4 (c)可以看出摻雜ZrO2U=O. 06)的鈮鎂酸鉛陶瓷當(dāng)外加電場為25kV/cm時其調(diào)諧率為67%。實(shí)施例3，x=0. 09時，按化學(xué)計(jì)量比稱量0. 7420g MgO, 4. 9305g Nb2O5，將稱好的料放入球磨罐中，按氧化鋯球料酒精為3 1 1的比例混料球磨，球磨時間為4小時；將混合好的料烘干后壓塊，在1150°C溫度下預(yù)燒2小時，取出煅燒好的料研碎，得到鈮酸鎂預(yù) 燒粉體，再將鈮酸鎂粉體與13. 6487g PbO和0. 6780g ZrO2，放入球磨罐中，再球磨6小時，烘干后過篩；將過篩后的粉料預(yù)壓成大塊，在1050°C下預(yù)燒4小時，再將大塊粉碎，過篩，預(yù)壓成直徑為12mm，厚度為I. 2mm的圓片，然后在250MPa的等靜壓壓力下成型；將成型后的圓片在1240°C下保溫2小時；燒結(jié)成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在525°C下，保溫25分鐘燒成銀電極。用日本理學(xué)公司的全自動X射線衍射儀(D/Max2550VB+/PC)對陶瓷結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，用安捷倫阻抗測試儀(4294A)對被銀后的陶瓷進(jìn)行溫譜測試。圖I中(d)是摻雜ZrO2 (x=0. 09)的鈮鎂酸鉛陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖中可以看出，所制備的陶瓷為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。IOkHz下，摻雜ZrO2 (x=0. 09)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電常數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖2 (d)所示，從圖中可以看出，IOkHz下，300k時其介電常數(shù)為13737。IOkHz下，摻雜ZrO2U=O. 09)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電損耗隨溫度變化的關(guān)系如圖3 (d)所示，300k時，介電損耗為0.009。由圖4 (d)可以看出摻雜ZrO2U=O. 09)的鈮鎂酸鉛陶瓷當(dāng)外加電場為25kV/cm時其調(diào)諧率為74%。實(shí)施例4，x=0. 12時，按化學(xué)計(jì)量比稱量0. 7161gMg0,4. 7589g Nb2O5，將稱好的料放入球磨罐中，按氧化鋯球料酒精為3:1:1的比例混料球磨，球磨時間為6小時；將混合好的料烘干后壓塊，在1200°C溫度下進(jìn)行預(yù)燒I小時，取出煅燒好的料研碎，得到鈮酸鎂預(yù)燒粉體，再將鈮酸鎂粉體與13. 6226g PbO和0. 9023g ZrO2，放入球磨罐中，球磨8小時，烘干后過篩；將過篩后的粉料預(yù)壓成大塊，在1100°C下預(yù)燒3小時，再將大塊粉碎，過篩，預(yù)壓成直徑為12mm,厚度為I. 2mm的圓片,然后在300MPa的等靜壓壓力下最終成型；將成型后的圓片在1280°C下保溫I小時；燒結(jié)成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在550°C下，保溫20分鐘燒成銀電極。用日本理學(xué)公司的全自動X射線衍射儀(D/Max2550VB+/PC)對陶瓷結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，用安捷倫阻抗測試儀(4294A)對被銀后的陶瓷進(jìn)行溫譜測試。圖I中(e)是摻雜ZrO2 (x=0. 12)的鈮鎂酸鉛陶瓷的X射線衍射圖譜，從圖中可以看出，所制備的陶瓷為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。IOkHz下，摻雜ZrO2(x=0. 12)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電常數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖2 (e)所示，從圖中可以看出，IOkHz下，300k時其介電常數(shù)為16289。IOkHz下，摻雜ZrO2 (x=0. 12)的鈮鎂酸鉛陶瓷的介電損耗隨溫度變化的關(guān)系如圖3 (e)所示，300k時，介電損耗為0.013。由圖4 (e)可以看出摻雜ZrO2 (x=0. 12)的鈮鎂酸鉛陶瓷當(dāng)外加電場為25kV/cm時 其調(diào)諧率為75%。
權(quán)利要求
1.一種鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下步驟 Ca) 將分析純MgO、Nb205、PbO和ZrO2,按照化學(xué)計(jì)量比Pb (Mgl73Nb273) !^03(0 ^ X ^ 0. 12)稱量并且配料； (b)將配料放入球磨罐中，按氧化鋯球配料酒精為3:1:1的比例混料球磨，球磨時間為2 6小時； (c)將混料烘干后壓塊，在1000 1200°C溫度下預(yù)燒I 6小時粉得到MgNb2O6粉體； (d)再按照化學(xué)計(jì)量比Pb(Mgl73Nb273) ^xZrxO3 (0 ^ X ^ 0. 12)分別稱量ZrO2和PbO加入經(jīng)過預(yù)燒的MgNb2O6粉體中； Ce)將步驟(d)中稱好的料放入球磨罐中，再球磨4 8小時，烘干后過篩； (f)將經(jīng)過再球磨的料烘干后壓大塊，在900 1100°C溫度下煅燒3 6小時得到PMN粉體； (g)將步驟(f)中的粉體過篩后預(yù)壓成直徑為10 12mm，厚度為I I.2mm的圓片，然后在200 300MPa的等靜壓壓力下成型； (h)將成型后的圓片在1150 1280°C下保溫I 4小時，燒結(jié)成瓷，經(jīng)打磨拋光后涂敷銀漿，在500 550°C下，保溫20 30分鐘燒成銀電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷的制備方法，用于解決現(xiàn)有方法制備的鋯摻雜鈮鎂酸鉛陶瓷介電常數(shù)小、調(diào)諧率低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是將分析純MgO、Nb2O5、PbO和ZrO2，通過球磨，壓塊，預(yù)燒得到MgNb2O6粉體；再分別稱量ZrO2和PbO加入經(jīng)過預(yù)燒的MgNb2O6粉體中，再球磨，壓大塊，煅燒得到PMN粉體；將PMN粉體預(yù)壓成圓片后等靜壓壓力成型，在1150-1280℃下燒結(jié)成瓷。由于選擇合適的摻雜元素鋯，通過先預(yù)合成鈮酸鎂粉體，再加入二氧化鋯和氧化鉛粉體進(jìn)行二次預(yù)合成，制備的鈮鎂酸鉛陶瓷與背景技術(shù)相同的溫度300K條件下，介電常數(shù)由背景技術(shù)的10000～12000提高到10829～16289，同時介電損耗由背景技術(shù)的2％左右下降到0.3～1.3％；當(dāng)外加電場為25kV/cm時其調(diào)諧率由背景技術(shù)的30～50％提高到62～75％。
文檔編號C04B35/622GK102757233SQ20121024724
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者彭彪林, 李強(qiáng), 樊慧慶 申請人:西北工業(yè)大學(xué)