一种镧钕复合锆钛酸盐陶瓷材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料，所述材料的化学式为：LaxNd1-xZr0.5Ti0.5O3（1>x>0），本发明还公开了一种复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料的制备方法；本发明采用La和Nd共同取代PbZr0.5Ti0.5O3中的Pb，从而得到系列新型的LaxNd1-xZr0.5Ti0.5O3（1>x>0）的复合稀土锆钛酸盐类陶瓷材料，减少Pb对环境的危害，能够用于新型压电材料的制造。
【专利说明】一种镧钕复合锆钛酸盐陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料，具体是一种镧钕复合锆钛酸盐陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]压电陶瓷材料是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。属于无机非金属材料，是一种具有压电效应的材料。它在工业生产和日常生活中得到了广泛的应用。由压电陶瓷构成的超高精度、低能耗、控制简便的驱动器，在精密工程中起到了非常重要的作用。压电陶瓷的种类很多占市场主体的压电陶瓷主要是含氧化铅或者以锆钛酸铅为基体的压电陶瓷。这类材料在生产和使用中以及废弃处理后都会给环境带来严重的损害；在制备过程中，也会因氧化铅挥发使材料的化学计量比与设计比例发生较大偏离。因此，研发无铅或者少铅的压电陶瓷具有极大的社会意义和应用价值。
[0003]稀土元素具备独特的物理化学性质，丰富的光学、电学和磁学特性，在新材料领域得到了广泛应用。通过掺杂构成稀土化合物是稀土在陶瓷材料中的主要出现形式，而且微量的稀土掺杂可以极大地改变陶瓷材料的烧结性能、微观结构、致密度、相组成及物理和机械性能。在PZT中掺杂微量稀土氧化物如La2Op CeO2, Nd2O3等能够起到改善材料的介电性和压电性的作用[1_3]。文献[1-3]报道了以稀土氧化物添加剂对压电陶瓷材料微观结构，介电特性和压电特性等方面的影响。文献[4]固相反应法制备了 LaZra5Ti0.503，NdZra5Tia5O3和CeZra5Tia5CV但未见有关复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料的报道。
[0004][I]姜丹，周桃生，刘珩.CeO2掺杂(Ba，Sr, Ca)Ti03基高压电容陶瓷的研究[J].硅酸盐通报，2010,29(3): 698-700。
[0005][2]付鹏，邓伟，杨成涛.稀土氧化物对Naa5Bia5TiO3基无铅压电结构和性能的影响[J].陶瓷，2010，(4): 20-24。
[0006][3]冯博凯，武利顺，赵亮培.溶胶-凝胶法制备Caa4Sra6Bi4Ti4O15细晶陶瓷[J].人工晶体学报，2010，39(3): 675-679。
[0007][4]夏小云.MZra5TiQ.503 (M =La, Nd, Ce, Pb)压电材料的制备及其性能[D].杭州，浙江理工大学，2012。
[0008]文献[4]制备了 LaZra5Tia5O3和NdZra5Tia5O3陶瓷粉体，并将其加工成陶瓷片测试了其部分性能。
[0009]文献[4]采用固相反应法，分别以稀土 La，Nd取代PbZra5TiQ.503中的Pb，得到了LaZra5Tia5O3, NdZra5Tia5O3错钛酸盐陶瓷材料，以NdZra5Tia5O3为例，说明其技术步骤如下:
I)根据目标样品的化学式，按照Nd:Zr: Ti摩尔比1:0.5:0.5的比例准确称取一定量的Nd(NO3)3.6Η20，Zr(NO3)4.5Η20和(C4H9O)4TL将以上原料置于玛瑙研钵中，充分研磨后直到反应进行完全。
[0010]2)加入适量的等离子水，放置超声波清洗仪中充分清洗后，再用反复清洗后将离心后的样品放入恒温箱中(80°C )中烘干。
[0011]3)将烘干后的样品，置于马弗炉中，800°C~1000°C温度条件下煅烧2h。
[0012]文献[4]报道的材料是以单一的稀土 La，Nd取代Pb的稀土锆钛酸盐陶瓷材料。
【发明内容】
[0013]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料，所述材料的化学式为=LaxNdhZra5Tia5O3 (1>χ>0)。
[0014]本发明还提供了一种复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤:
1)根据目标样品的化学式，按照La:Nd:Zr:Ti的摩尔比χ:1-χ:0.5:0.5的比例准确称取一定量的 La (NO3) 3 3H20、Nd(N03)3.6H20、Zr (NO3) 4.5H20 和(C4H9O) 4Ti，将以上原料置于玛瑙研钵中，充分研磨后直到反应进行完全；
2)加入适量的等离子水，放置超声波清洗仪中充分清洗后，再用反复清洗后将离心后的样品放入恒温箱中(80°C)中烘干；
3)将烘干后的样品，置于马弗炉中，800°C~1000°C温度条件下煅烧2h。
[0015]进一步的，当χ=0.5时，在外加电场为25V的条件下，Laa5Nda5Zra5Tia5O3的Ps^ 120 μ C/cm2 ；Pr ^ 80 μ C/cm2 ； Er ^ 1500V/cm。
[0016]本发明采用La和Nd共同取代PbZra 5Ti0.503中的Pb，从而得到系列新型的LaxNdhZra5Tia5O3 (1>χ>0)的 复合稀土锆钛酸盐类陶瓷材料，减少Pb对环境的危害，能够用于新型压电材料的制造。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明作进一步说明。
[0018]本发明的复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料，所述材料的化学式为=LaxNdhZra5TiQ 503(1>χ>0)。其制备方法如下:
1)根据目标样品的化学式，按照La:Nd:Zr:Ti摩尔比χ:1-χ:0.5:0.5的比例准确称取一定量的 La (NO3) 3 3H20、Nd(NO3)3.6H20、Zr (NO3)4.5H20 和(C4H9O) 4Ti。将以上原料置于玛瑙研钵中，充分研磨后直到反应进行完全；
2)加入适量的等离子水，放置超声波清洗仪中充分清洗后，再用反复清洗后将离心后的样品放入恒温箱中(80°C)中烘干；
3)将烘干后的样品，置于马弗炉中，800°C~1000°C温度条件下煅烧2h。
[0019]当χ=0.5 时在外加电场为 20V 的条件下，La。.Ada5Zra5Tia5O3 的 Ps ^ 120 μ C/cm2 ；Pr ^ 80 μ C/cm2 ； Er ^ 1500V/cm。
[0020]以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料，其特征在于:所述材料的化学式为:LaxNdhZr0 5Ti0 5O3 (1>χ>0)。
2.如权利要求1所述的复合稀土锆钛酸盐陶瓷材料的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)根据目标样品的化学式，按照La:Nd:Zr:Ti的摩尔比χ:1-χ:0.5:0.5的比例准确称取一定量的 La (NO3) 3 3H20、Nd(N03)3.6H20、Zr (NO3) 4.5H20 和(C4H9O) 4Ti，将以上原料置于玛瑙研钵中，充分研磨后直到反应进行完全； 2)加入适量的等离子水，放置超声波清洗仪中充分清洗后，再用反复清洗后将离心后的样品放入恒温箱中(80°C)中烘干； 3)将烘干后的样品，置于马弗炉中，800°C~1000°C温度条件下煅烧2h。
3.如权利要求1的复合稀土错钛酸盐陶瓷材料，其特征在于:当x=0.5时,在外加电场为 25V 的条件下，Laci 5Ndci 5Zrci 5Tici 5O3 的 Ps ≈120 μ C/cm2 ；Pr ≈ 80 μ C/cm2 ； Er ≈ 1500V/cm。
【文档编号】C04B35/622GK103467086SQ201310353039
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月14日 优先权日:2013年8月14日
【发明者】王艳萍, 孟祖奇, 夏小云, 袁嫣红, 胡旭东 申请人:浙江理工大学