一種鑭釹復(fù)合鋯鈦酸鹽陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，所述材料的化學(xué)式為：LaxNd1-xZr0.5Ti0.5O3（1>x>0），本發(fā)明還公開了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的制備方法；本發(fā)明采用La和Nd共同取代PbZr0.5Ti0.5O3中的Pb，從而得到系列新型的LaxNd1-xZr0.5Ti0.5O3（1>x>0）的復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽類陶瓷材料，減少Pb對環(huán)境的危害，能夠用于新型壓電材料的制造。
【專利說明】一種鑭釹復(fù)合鋯鈦酸鹽陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，具體是一種鑭釹復(fù)合鋯鈦酸鹽陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷材料是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。屬于無機非金屬材料，是一種具有壓電效應(yīng)的材料。它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。由壓電陶瓷構(gòu)成的超高精度、低能耗、控制簡便的驅(qū)動器，在精密工程中起到了非常重要的作用。壓電陶瓷的種類很多占市場主體的壓電陶瓷主要是含氧化鉛或者以鋯鈦酸鉛為基體的壓電陶瓷。這類材料在生產(chǎn)和使用中以及廢棄處理后都會給環(huán)境帶來嚴(yán)重的損害；在制備過程中，也會因氧化鉛揮發(fā)使材料的化學(xué)計量比與設(shè)計比例發(fā)生較大偏離。因此，研發(fā)無鉛或者少鉛的壓電陶瓷具有極大的社會意義和應(yīng)用價值。
[0003]稀土元素具備獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，豐富的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)特性，在新材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過摻雜構(gòu)成稀土化合物是稀土在陶瓷材料中的主要出現(xiàn)形式，而且微量的稀土摻雜可以極大地改變陶瓷材料的燒結(jié)性能、微觀結(jié)構(gòu)、致密度、相組成及物理和機械性能。在PZT中摻雜微量稀土氧化物如La2Op CeO2, Nd2O3等能夠起到改善材料的介電性和壓電性的作用[1_3]。文獻(xiàn)[1-3]報道了以稀土氧化物添加劑對壓電陶瓷材料微觀結(jié)構(gòu)，介電特性和壓電特性等方面的影響。文獻(xiàn)[4]固相反應(yīng)法制備了 LaZra5Ti0.503，NdZra5Tia5O3和CeZra5Tia5CV但未見有關(guān)復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的報道。
[0004][I]姜丹，周桃生，劉珩.CeO2摻雜(Ba，Sr, Ca)Ti03基高壓電容陶瓷的研究[J].硅酸鹽通報，2010,29(3): 698-700。
[0005][2]付鵬，鄧偉，楊成濤.稀土氧化物對Naa5Bia5TiO3基無鉛壓電結(jié)構(gòu)和性能的影響[J].陶瓷，2010，(4): 20-24。
[0006][3]馮博凱，武利順，趙亮培.溶膠-凝膠法制備Caa4Sra6Bi4Ti4O15細(xì)晶陶瓷[J].人工晶體學(xué)報，2010，39(3): 675-679。
[0007][4]夏小云.MZra5TiQ.503 (M =La, Nd, Ce, Pb)壓電材料的制備及其性能[D].杭州，浙江理工大學(xué)，2012。
[0008]文獻(xiàn)[4]制備了 LaZra5Tia5O3和NdZra5Tia5O3陶瓷粉體，并將其加工成陶瓷片測試了其部分性能。
[0009]文獻(xiàn)[4]采用固相反應(yīng)法，分別以稀土 La，Nd取代PbZra5TiQ.503中的Pb，得到了LaZra5Tia5O3, NdZra5Tia5O3錯鈦酸鹽陶瓷材料，以NdZra5Tia5O3為例，說明其技術(shù)步驟如下:
I)根據(jù)目標(biāo)樣品的化學(xué)式，按照Nd:Zr: Ti摩爾比1:0.5:0.5的比例準(zhǔn)確稱取一定量的Nd(NO3)3.6Η20，Zr(NO3)4.5Η20和(C4H9O)4TL將以上原料置于瑪瑙研缽中，充分研磨后直到反應(yīng)進(jìn)行完全。
[0010]2)加入適量的等離子水，放置超聲波清洗儀中充分清洗后，再用反復(fù)清洗后將離心后的樣品放入恒溫箱中(80°C )中烘干。
[0011]3)將烘干后的樣品，置于馬弗爐中，800°C~1000°C溫度條件下煅燒2h。
[0012]文獻(xiàn)[4]報道的材料是以單一的稀土 La，Nd取代Pb的稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，所述材料的化學(xué)式為=LaxNdhZra5Tia5O3 (1>χ>0)。
[0014]本發(fā)明還提供了一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟:
1)根據(jù)目標(biāo)樣品的化學(xué)式，按照La:Nd:Zr:Ti的摩爾比χ:1-χ:0.5:0.5的比例準(zhǔn)確稱取一定量的 La (NO3) 3 3H20、Nd(N03)3.6H20、Zr (NO3) 4.5H20 和(C4H9O) 4Ti，將以上原料置于瑪瑙研缽中，充分研磨后直到反應(yīng)進(jìn)行完全；
2)加入適量的等離子水，放置超聲波清洗儀中充分清洗后，再用反復(fù)清洗后將離心后的樣品放入恒溫箱中(80°C)中烘干；
3)將烘干后的樣品，置于馬弗爐中，800°C~1000°C溫度條件下煅燒2h。
[0015]進(jìn)一步的，當(dāng)χ=0.5時，在外加電場為25V的條件下，Laa5Nda5Zra5Tia5O3的Ps^ 120 μ C/cm2 ；Pr ^ 80 μ C/cm2 ； Er ^ 1500V/cm。
[0016]本發(fā)明采用La和Nd共同取代PbZra 5Ti0.503中的Pb，從而得到系列新型的LaxNdhZra5Tia5O3 (1>χ>0)的 復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽類陶瓷材料，減少Pb對環(huán)境的危害，能夠用于新型壓電材料的制造。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]本發(fā)明的復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，所述材料的化學(xué)式為=LaxNdhZra5TiQ 503(1>χ>0)。其制備方法如下:
1)根據(jù)目標(biāo)樣品的化學(xué)式，按照La:Nd:Zr:Ti摩爾比χ:1-χ:0.5:0.5的比例準(zhǔn)確稱取一定量的 La (NO3) 3 3H20、Nd(NO3)3.6H20、Zr (NO3)4.5H20 和(C4H9O) 4Ti。將以上原料置于瑪瑙研缽中，充分研磨后直到反應(yīng)進(jìn)行完全；
2)加入適量的等離子水，放置超聲波清洗儀中充分清洗后，再用反復(fù)清洗后將離心后的樣品放入恒溫箱中(80°C)中烘干；
3)將烘干后的樣品，置于馬弗爐中，800°C~1000°C溫度條件下煅燒2h。
[0019]當(dāng)χ=0.5 時在外加電場為 20V 的條件下，La。.Ada5Zra5Tia5O3 的 Ps ^ 120 μ C/cm2 ；Pr ^ 80 μ C/cm2 ； Er ^ 1500V/cm。
[0020]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以作出若干變型和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料，其特征在于:所述材料的化學(xué)式為:LaxNdhZr0 5Ti0 5O3 (1>χ>0)。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合稀土鋯鈦酸鹽陶瓷材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)根據(jù)目標(biāo)樣品的化學(xué)式，按照La:Nd:Zr:Ti的摩爾比χ:1-χ:0.5:0.5的比例準(zhǔn)確稱取一定量的 La (NO3) 3 3H20、Nd(N03)3.6H20、Zr (NO3) 4.5H20 和(C4H9O) 4Ti，將以上原料置于瑪瑙研缽中，充分研磨后直到反應(yīng)進(jìn)行完全； 2)加入適量的等離子水，放置超聲波清洗儀中充分清洗后，再用反復(fù)清洗后將離心后的樣品放入恒溫箱中(80°C)中烘干； 3)將烘干后的樣品，置于馬弗爐中，800°C~1000°C溫度條件下煅燒2h。
3.如權(quán)利要求1的復(fù)合稀土錯鈦酸鹽陶瓷材料，其特征在于:當(dāng)x=0.5時,在外加電場為 25V 的條件下，Laci 5Ndci 5Zrci 5Tici 5O3 的 Ps ≈120 μ C/cm2 ；Pr ≈ 80 μ C/cm2 ； Er ≈ 1500V/cm。
【文檔編號】C04B35/622GK103467086SQ201310353039
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】王艷萍, 孟祖奇, 夏小云, 袁嫣紅, 胡旭東 申請人:浙江理工大學(xué)