[发明专利]一种(K0.5Na0.5)NbO3-Sr(Sc0.5Nb0.5)O3无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷制备技术领域，涉及一种(K_0.5Na_0.5)NbO₃-Sr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法。 

背景技术

透明铁电陶瓷是一种利用铁电材料的折射率在电场作用下发生非线性变化，从而在不同的晶体学方向上引起光程差，实现光学强度电压可控的铁电光功能材料。透明铁电陶瓷已经被广泛应用于制备光开关、光调制器，光衰减器等。由于较高的光学透过率，高的电光系数、快的响应速度和低的生产成本，铅基陶瓷是目前应用最广泛的透明铁电陶瓷，比如，PLZT，PMN-PT，PZN-PT，PZN-PLZT等等。但是，由于铅给人类及生态环境带来严重危害，欧盟、美国、日本、中国等许多国家已经制定了多个法令，规定所有新生产的电子产品都应是无铅的。但是由于现在无铅透明铁电陶瓷还无法达到铅基陶瓷的性能，所以只能暂时继续沿用铅基透明铁电陶瓷。但是，由于人类可持续发展的需求，高性能的无铅透明铁电陶瓷必将替代铅基透明铁电陶瓷。另一方面，传统铅基陶瓷需要采用热压烧结技术，但是，热压烧结工艺具有成本高，能源消耗大，难于制备形状复杂样品的缺点，因此，如何采用无压烧结技术来制备透明铁电陶瓷也是目前铁电领域的研究热点。 

铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5)NbO₃陶瓷是由铁电体KNbO₃和反铁电体NaNbO₃组成的固溶体。因其理论密度低、居里温度高，同时具有优良的压电性能和机械性能而受到人们的关注，被认为是最有潜在应用前景的一类压电陶瓷材料。但是，把(K_0.5Na_0.5)NbO₃基陶瓷作为无铅透明铁电陶瓷的研究却较少。关于(K_0.5Na_0.5)NbO₃基陶瓷微结构的前期研究发现：在钙钛矿ABO₃结构中，A位离子的添加对其微观结构有非常大的影响，A位离子的添加均可以抑制(K_0.5Na_0.5)NbO₃基陶瓷的晶粒尺寸生长，通过控制A位离子的添加量，甚至可以使(K_0.5Na_0.5)NbO₃基陶瓷的晶粒尺寸达到几百纳米，和可见光的波长基本相同。根据光线的传播规律，当光线遇到这样大小的晶粒时，光就会衍射通过，不会发生散射，也就会降低光能量的损失，就可以大大增强(K_0.5Na_0.5)NbO₃基陶瓷的光学透过率。 

基于以上分析，设计了(K_0.5Na_0.5)NbO₃-Sr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃陶瓷。结果显示该陶瓷具有良 好的透过率，在可见光和近红外范围内具有60-70％的透过率，并且同时具有优良的电学性，是一种性能优良的无铅透明铁电陶瓷。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种(K_0.5Na_0.5)NbO₃-Sr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法，制备一种具有较高光学透过率的无铅透明铁电陶瓷，是制备光开关、光调制器，光衰减器的优选候选材料。其具体技术方案为： 

本发明是通过添加Sr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃使(K_0.5Na_0.5)NbO₃陶瓷的晶粒尺寸减少到几百纳米，使正交相到四方相的多晶相变温度尽可能的降低光学透过率大大提高，同时保持高的铁电性能和优良的电性能温度稳定性。本发明的原材料包括无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸锶、五氧化二铌和三氧化二钪。