[发明专利]一种PMN-PZT基透明电光陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PMN-PZT基透明电光陶瓷材料及其制备方法，属于电光陶瓷材料技术领域。

背景技术

作为一种钙钛矿结构的非线性光学晶体材料，铌酸锂晶体有较强的一次电光效应和较高的居里点以及很高的响应速度，在光通信领域得到了广泛应用。除了不能用作光源探测器以外，铌酸锂晶体适合制作光的各种控制耦合和传输器件，如光隔离、放大、波导、调制等器件。但是由于生长技术长期得不到突破，目前还很难生产出符合化学计量比的铌酸锂晶体，其性能难以满足客观要求；其次铌酸锂晶体的加工要考虑光轴对准的问题，所以加工难度大，成本价格相对较高；另外铌酸锂晶体的电光系数较低并且容易受到光损伤，同时对温度有很大的依赖性。

PLZT锆钛酸铅固溶体是一种掺镧改性透明弛豫铁电陶瓷，与晶体材料铌酸锂等相比，PLZT具有更高的电光系数和透光性，更低的光损耗，更宽的传输波长范围，更高的二次电光效应，响应速度快、工作电压低、驱动电压随温度变化稳定的特点。目前对透明电光陶瓷的研究主要集中在PLZT材料上。目前已有大量对PLZT的研究报告，并且也获得了高透明度和较高电光系数的陶瓷材料，但是，PLZT显著的场诱导效应、偏振依赖散射损失以及高电回滞现象，使该类透明电光陶瓷的应用受到了限制。

而当人们发现改进的透明电光陶瓷材料铌镁酸铅钛酸铅(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(PMN-PT)具有更优良的电光性能以后，比如PMN-PT材料其电光系数能达到PLZT至少两倍以上，获得高透明度的PMN-PT引起了人们的关注。最近，我们通过采用新的烧结工艺成功制备了高透明性能和高电光性能的La掺杂PMN-PT透明陶瓷，但La掺杂不仅能提高PMN-PT的透光性能，还会改变原有PMN-PT组分的微结构、介电、铁电等性能，如过多La掺杂则会产生焦绿石杂相从而破坏材料性能。因此，La掺杂对PMN-PT介电、铁电、电光等性能的影响还有待进一步研究。

发明内容

为解决现有技术不能提供高透明性、高电光性的电光陶瓷材料的难题，本发明提供一种PMN-PZT基透明电光陶瓷材料及其制备方法，以满足其在光通信和光传感等重要领域的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种PMN-PZT基透明电光陶瓷材料，其组成通式为：(1-x)Pb(Mg_yNb_z)O₃-xPb(Zr_1-pTi_p)O₃+(2-3z)A；其中：0＜x≤0.55；0.5≤z＜0.67；y+z＝1；0＜p≤1；A为Y、Bi、La、Sb、Dy、Nd、Sm中的一种或多种。

作为优选方案，所述的PMN-PZT基透明电光陶瓷材料，其组成通式为：

(1-x)Pb(Mg_yNb_z)O₃-xPb(Zr_1-pTi_p)O₃+(2-3z)A；其中：0.2≤x≤0.5；0.64≤z＜0.67；y+z＝1；0.3≤p≤0.9。

一种PMN-PZT基透明电光陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

a)按照通式称量化学计量比的PbO、MgCO₃、Nb₂O₅、ZrO₂、TiO₂及A₂O₃，球磨使其混合均匀；

b)出料干燥，将干燥后的混合物料装入坩埚中进行高温合成；

c)粉碎合成料，过筛，再次球磨使混合均匀，出料干燥；

d)加入粘结剂，造粒，压制成型，排塑；

e)进行二步法烧结：先在氧气气氛中无压烧结，再在热压炉中加压烧结，即得PMN-PZT基透明电光陶瓷材料。