[发明专利]热释电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种热释电陶瓷材料及其制备方法。本发明制备的富锆型热释电陶瓷材料在10℃~80℃温度范围内，均具有较高的热释电系数,较高的探测率优值,以此陶瓷材料制作的热释电红外传感器，在陶瓷比较厚的情况下（例如0.15mm），传感器灵敏度在10℃~80℃温度范围内也可以具有较高水平，可以满足制作高性能红外热释电传感器的要求。

技术领域

本发明涉及一种热释电陶瓷材料及其制备方法，尤其涉及一种在较宽的温度范围内具有：高热释电系数、较低的介电损耗、合适的介电常数、高探测优值的富锆型热释电材料，属于功能陶瓷材料技术领域。

背景技术

被动热释电红外传感器利用材料的热释电效应工作，它是通过目标与背景的温差来探测目标的。其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，容易使用。这种传感器，灵敏度高，探测面广，是一种可靠性很强的探测器。因此广泛应用于各类入侵报警器，自动开关、非接触测温、火焰报警器等。富锆型多元热释电陶瓷材料，由于具有物理化学性能稳定、制作工艺简单、成本较低以及较好的电学性能等方面的优点，在被动热释电红外传感器中得到了较广的应用。

热释电红外传感器的灵敏度主要与热释电探测优值相关，热释电材料探测优值表达式为：

上式中为材料的热释电探测优值，P为材料的热释电系数，为材料的体积热容，为材料在使用频率下的相对介电常数，为材料在使用频率下的介电损耗。

从式（1）可知，要得到高探测优值的材料，需要材料具有高热释电系数、低体积热容、低介电常数、低介电损耗等特性。富锆型锆钛酸铅热释电材料，存在 (低温铁电三方相-高温铁电三方相)相变，在相变时材料具有较高的热释电系数，且相变可重复实现，不需重新极化，同时介电常数、介电损耗在相变前后变化不大。目前常用的热释电陶瓷材料就是利用这一特点，多元复合、掺杂改性等方法将材料的相变温度调整到室温附近,从而使材料室温附近具有较高的探测优值。然而相变温度范围很窄，通常只有2~3℃，在探测器使用的环境温度变化较大的情况下，探测器灵敏度会显著下降，从而引起误报、漏报等现象。

为了改善这个问题，目前商用热释电陶瓷材料通常的做法是：一、通过陶瓷材料掺杂改性来拓宽相变温度范围，此方法存在的问题是相变温度范围增加有限，且热释电系数整体会有所降低；二、通过减小陶瓷体积（减薄）来增加探测器的感应灵敏度，从而使材料在环境温度偏离相变温度时也具有较高的探测灵敏度，但是这种方法陶瓷厚度通常需要减薄至0.1mm甚至以下，这样必然伴随着陶瓷加工难度加大、生产效率降低、成品率降低等不利因数，使产品成本显著增加。

发明内容

对于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种富锆型热释电陶瓷的制备方法，利用该方法制备的热释电陶瓷材料在较宽的温度范围内具有高且稳定的热释电系数。从而传感器陶瓷芯片在0.1mm以上（例如0.15mm），利用该材料加工的红外热释电传感器在宽温度范围内具有高灵敏度，因而在热释电红外传感器中具有良好的应用前景。

本发明提供的热释电陶瓷材料制备方法，步骤包括：

（1）制备具有不同相变温度的热释电陶瓷材料，所述不同材料化学表达式如下：

Pb_(0.998-x)La_xZr_0.91Ti_0.03Nb_0.03 Fe _0.03 (A)

Pb_(0.998-y)Sr_yZr_0.91Ti_0.03Nb_0.04Zn_0.02 (B)