[发明专利]锆钛酸铅热释电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于信息功能陶瓷材料技术领域，具体涉及一种锆钛酸铅热释电陶瓷材料及其制备方法。 

背景技术

非制冷红外焦平面探测器是各国近30年来争相研究的热点。在制作非制冷红外焦平面探测器时，热释电型敏感元材料的种类非常繁多，从工作模式上可以分为两大类：工作于居里温度（Tc）以下的本征热释电材料和工作在居里温度（Tc）附近的介电热辐射测量计材料。本征热释电材料由于远离居里温度，且利用本身材料自发极化，探测器无需偏置电场和恒温器，所以器件结构简单，制作方便，成本降低。在评价红外焦平面器中，探测率优值因子Fd是非常重要的参数，而Fd与陶瓷材料的热释电系数、介电常数及介电损耗密切相关，如式(Ⅰ)所示。从式中可以看出，热释电系数越高、介电常数和介电损耗越低，Fd值就越高，红外焦平面器的性能越好。 

Fd=pCvϵtanδ]]>   式(Ⅰ) 

其中，p为热释电系数、C_v为比热容、ε为介电常数、tanδ为介电损耗。 

相对于其他热释电型敏感元材料，锆钛酸铅（简称PZT）陶瓷材料由于具有合适的介电常数、较低的介电损耗和较高的热释电系数等特点，使其成为热释电型非制冷红外焦平面探测器重要的候选材料。然而，要想获得一个性能优异即探测率优值因子Fd高的探测器，纯的PZT陶瓷材料的介电损耗还是较高、热释电系数较低及介电常数偏大，如何有效地提高PZT陶瓷的热释电性能，使PZT热释电陶瓷满足制作非制冷红外焦平面器的要求，是目前PZT热释电陶瓷研究中的一个技术瓶颈。 

发明内容

本发明针对现有技术中纯的PZT陶瓷材料的介电损耗较高、热释电系数较低及介电常数偏大的技术问题，目的在于提供一种锆钛酸铅热释电陶瓷材料。本发明的锆钛酸铅热释电陶瓷材料的组成通式为： 

(Pb_1+δ)(Fe_1/2Nb_1/2)_y(Zr_xTi_1-x)_1-yO₃+wA+vB，简称为PFN-PZT陶瓷材料，其中，A为多价态阳离子，所述多价态是指一种元素存在多种价态，如Mn有+2、+3和+4等多种价态、B为单价态阳离子，所述单价态是指一种元素只有一种价态，如Si只有+4一种价态，再如Al只有+3一种价态，δ为0～0.05、x为0.80～0.95、y为0.15～0.30、w为0～0.1、v为0～0.1。 

其中，w和v是基于(Pb_1+δ)(Fe_1/2Nb_1/2)_y(Zr_xTi_1-x)_1-yO₃为1计算，而不是以(Pb_1+δ)(Fe_1/2Nb_1/2)_y(Zr_xTi_1-x)_1-yO₃+wA+vB为1计算。 

本发明的PFN-PZT陶瓷材料通过合适的组份设计得到较高的热释电系数、适中的介电常数和较低的介电损耗，通过掺杂物的添加使得PFN-PZT陶瓷材料的电阻率在10¹¹～10¹³Ω.cm范围内可调，陶瓷材料块体的致密度已达到理论密度的99%以上，能应用电压模式的红外探测领域。 

在本发明中，较佳地是，δ为0.001～0.01、x为0.83～0.90、y为0.15～0.20、w为0.001～0.05优选为0.005～0.05、v为0.001～0.01优选为0.003～0.005。 

本发明的PFN-PZT陶瓷材料是以传统固相法制备粉末、等静压成型工艺以及在氧气气氛下热压烧结制备得到，