一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及介质陶瓷材料技术领域，具体为一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，人们对恶性肿瘤的生长分裂机理进行了深入的研究，并提出了新的治疗方案，以提高绝症患者的存活率和改善患者的生存质量，电场治疗就是近年来新兴的肿瘤无创物理治疗手段，它通过体外贴敷式陶瓷电极片，向体内病灶部位传递低场强的交变电场，从而抑制和破坏处于快速分裂状态的肿瘤细胞的生长，由于采用了大容量电池，该治疗设备可以穿戴在人体上，是一种便携、有效、低副反应的新型治疗方式，该治疗设备使用了高容量陶瓷电极片作为治疗耦合电场的核心元件。

由信号源产生的低场强交变信号通过阵列陶瓷电极以电容耦合的方式传送到目标组织，为了实现陶瓷电极和皮肤的紧密接触，电极瓷片的面积必需适宜；为了减少电极瓷片的分压，减小压降，提高治疗效果，根据电容串联分压原理，电容越大，分压越小，有两种途径可实现电极片的高容量，减小介质材料厚度以及采用高介电常数介质材料。

减小介质材料的厚度不但可以有效提高电极瓷片的容量，而且可以有效降低电极瓷片的重量，减小整个治疗组件的重量，降低工作电压，减轻患者的负重和增加电池寿命，不过，由于纯的PMN-PSN-PT介质陶瓷材料不但烧结温度高1200-1300℃，而且烧结性能较差，在烧结后陶瓷内部容易出现大量的气孔和晶粒异常生长，导致材料的强度低，在电极瓷片的厚度减薄时，很容易碎裂，此外由于陶瓷内部存在较多气孔缺陷的情况，在使用过程中容易发热而导致患者治疗部位被灼伤，而导致失去使用价值，因此进一步获得轻薄、高容量、低气孔率、高机械强度、耐压强度良好的陶瓷电极片，成为治疗肿瘤电场治疗仪的关键因素，故而提出一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法来解决上述问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法，具备强度和电性能良好以及厚度薄等优点，解决了现有陶瓷材料烧结性能较差，在烧结后陶瓷内部容易出现大量的气孔和晶粒异常生长，导致材料的强度低，在电极瓷片的厚度减薄时，很容易碎裂的问题。

(二)技术方案

为实现上述强度和电性能良好以及厚度薄的目的，本发明提供如下技术方案：一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料，其特征在于，包括PMN-PS N-PT介质陶瓷材料、低温烧结改性助剂以及改性稀土氧化物添加剂，所述PM N-PSN-PT介质陶瓷材料的化学结构式为xPb(Mg

所述低温烧结改性助剂为L i

优选的，所述PMN-PSN-PT介质陶瓷材料的优选配比为0.00≤y≤0.05，0.05≤z≤0.1，所述PMN-PSN-PT介质陶瓷材料所使用的原材料为电子级的PbO、T i O

优选的，所述低温烧结改性助剂的加入比例1.0-5.0wt％。

优选的，所述改性稀土氧化物添加剂的总比例≤0.5wt％。

优选的，所述本发明采用一步固相合成法。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法，包括以下步骤：

1)依次按照化学计量比称取PbO，T iO

2)将步骤1)中的陶瓷粉体与烧结助剂，稀土改性助剂、去离子水以及分散剂混合进行二次分散研磨，得到陶瓷料浆；

3)将步骤2)得到的陶瓷料浆直接烘干或者喷雾干燥获得组成均匀的干燥粉体；

4)在步骤3)中的干燥介质陶瓷粉内加入甘油塑化的浓度为10％的PVA粘合剂溶液，在混料机内进行充分混合，形成有一定粘性的预混物料，PVA粘合剂加入量为4-6wt％；

5)将步骤4)中的预混物料经双辊轧膜进行粗轧和逐级精轧获得要求厚度的膜带；

6)将步骤5)中的膜带切割成100*100mm尺寸的膜带装入真空袋内抽真空密封后，放入等静压机内进行等静压压制处理，获得密度更加均匀的生坯膜带；

7)将步骤6)中的生坯膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；

8)将步骤7)中的生坯片进行排塑和烧结，排塑温度为600℃保温2h，升温速度为1℃/min，烧结温度为900-1100℃，获得一定形状的陶瓷片，获得的陶瓷晶粒为3-5um；

9)将步骤8)中的陶瓷经平面磨，获得粗糙度、平整度和厚度符合要求的陶瓷片；

10)将步骤9)中的陶瓷片上下表面印刷一定厚度的银浆，850℃保温10-15min焙银形成上下电极；

11)将步骤10)中的陶瓷片在200KHz条件下测量材料的介电常数和损耗。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法，具备以下有益效果：

1、该低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法，通过添加低温烧结改性助剂以及改性稀土氧化物添加剂，使制备的PMN-PSN-PT介质陶瓷材料断口致密，晶粒大小均匀，晶粒尺寸3-5um，同时，使PMN-PSN-PT介质陶瓷材料烧结温度降低为900-1100℃，降低了烧结过程中PbO挥发造成的环境污染，同时由于加入了烧结改性助剂，有效地抑制了晶粒的生长，在保证烧结致密性的同时降低了材料的烧结密度。

2、该低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料及其制备方法，介质陶瓷的介电常数为16000～20000，介质损耗≤3.0％，介质陶瓷材料的居里点温度可根据客户使用情况进行调整，通过采用轧膜法制作的介质陶瓷膜带厚度可以根据使用要求进行调整，厚度在0.1-1.0mm之间可调。

附图说明

图1为本发明中预烧后的PMN-PSN-PT介质陶瓷材料粉体形貌；

图2为本发明中纯PMN-PSN-PT介质陶瓷材料晶粒形貌；

图3为本发明中加入低温烧结改性助剂后低温烧结获得的PMN-PSN-PT介质陶瓷材料晶粒形貌；

图4为本发明中PMN-PSN-PT介质陶瓷材料预烧后粉体的XRD图；

图5为本发明中加入低温烧结改性助剂后低温烧结获得的PMN-PSN-PT介质陶瓷材料的XRD图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-5，一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料，包括PMN-PSN-PT介质陶瓷材料、低温烧结改性助剂以及改性稀土氧化物添加剂，PMN-PSN-PT介质陶瓷材料的化学结构式为xPb(Mg

其中，为了进一步降低PMN-PSN-PT陶瓷材料的烧结温度，减少PbO在烧结过程中的挥发而导致的电性能恶化，同时抑制晶粒生长，改善材料的强度，引入了低温烧结改性助剂，低温烧结改性助剂为Li

另外，为了进一步改善PMN-PSN-PT介质陶瓷材料的介电温谱特性和机械强度，引入了改性稀土氧化物添加剂，的改性稀土氧化物添加剂为La

需要说明的是，本发明采用一步固相合成法，简化了生产流程，降低了生产成本。

实施例一：一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)依次按照化学计量比称取0.93Pb(Mg

2)将步骤1)中的陶瓷粉体与烧结助剂，稀土改性助剂、去离子水以及分散剂混合进行二次分散研磨，研磨方式为球磨16-24h，得到陶瓷料浆；

3)将步骤2)得到的陶瓷料浆直接烘干或者喷雾干燥获得组成均匀的干燥粉体；

4)在步骤3)中的干燥介质陶瓷粉过60目筛，然后加入甘油塑化的浓度为10％的PVA粘合剂溶液，在混料机内进行充分混合，形成有一定粘性的预混物料，PVA粘合剂加入量为4-6wt％；

5)将步骤4)中的预混物料经双辊轧膜进行粗轧和逐级精轧获得要求厚度的膜带；

6)将步骤5)中的膜带切割成100*100mm尺寸的膜带装入真空袋内抽真空密封后，放入等静压机内进行等静压压制处理，获得密度更加均匀的生坯膜带；

7)将步骤6)中的生坯膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；

8)将步骤7)获得的生坯片进行排塑和烧结，排塑温度为600℃保温2h，升温速度为1℃/min，烧结温度为900-1100℃，获得一定形状的陶瓷片，获得的陶瓷晶粒为5-10um，陶瓷密度为7.80g/cm

9)将步骤8)中的陶瓷经平面磨，获得粗糙度、平整度和厚度符合要求的陶瓷片；

10)将步骤9)中的陶瓷片上下表面印刷一定厚度的银浆，850℃保温10-15min焙银形成上下电极；

11)将步骤10)中的陶瓷片在200KHz条件下测量材料的介电常数和损耗，且介电常数为16000，介质损耗为3.0％，采用日本电子的JSM-7900F场发射扫描电子显微镜分析本发明制备的介质陶瓷预烧后的粉体形貌，如图1所示，介质陶瓷断面形貌，如图2所示，所制备陶瓷晶粒大小约为10um，陶瓷气孔率高，本发明PMN-PSN-PT介质陶瓷材料为纯钙钛矿结构，采用TTTRⅢ日本理学X射线衍射分析仪测量介质陶瓷的晶体结构，如图4所示。

实施例二：一种低温烧结三元系固溶体介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)依次按照化学计量比称取0.93Pb(Mg

2)将步骤1)中的陶瓷粉体与烧结助剂，低温烧结改性助剂、改性稀土氧化物添加剂、去离子水以及分散剂混合进行二次分散研磨，研磨方式为球磨16-24h，得到陶瓷料浆，其中，其中低温烧结改性助剂的配比为0.1％L i

3)将步骤2)得到的陶瓷料浆烘干或者喷雾干燥获得组成均匀的干燥粉体；

4)在步骤3)中的干燥介质陶瓷粉过60目筛，然后加入甘油塑化的浓度为10％的PVA粘合剂溶液，在混料机内进行充分混合，形成有一定粘性的预混物料，PVA粘合剂加入量为4-6wt％；

5)将步骤4)中的预混物料经双辊轧膜进行粗轧和逐级精轧获得要求厚度的膜带；

6)将步骤5)中的膜带切割成100*100mm尺寸的膜带装入真空袋内抽真空密封后，放入等静压机内进行等静压压制处理，获得密度更加均匀的生坯膜带；

7)将步骤6)中的生坯膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；

8)将步骤7)获得的生坯片进行排塑和烧结，排塑温度为600℃保温2h，升温速度为1℃/min，烧结温度为900-1100℃，如图3所示获得的陶瓷晶粒为3-5um，晶粒大小均匀，陶瓷气孔率低，致密性良好，陶瓷密度为7.75g/cm

9)将步骤8)中的陶瓷经平面磨，获得粗糙度、平整度和厚度符合要求的陶瓷片；

10)将步骤9)中的陶瓷片上下表面印刷一定厚度的银浆，850℃保温10-15min焙银形成上下电极；

11)将步骤10)中的陶瓷片在200KHz条件下测量材料的介电常数和损耗，且介电常数为18000，介质损耗≤3.0％，本发明PMN-PSN-PT介质陶瓷材料为纯钙钛矿结构，采用TTTRⅢ日本理学X射线衍射分析仪测量介质陶瓷的晶体结构，如图5所示。

本发明的有益效果是：低温烧结三元系固溶体介质陶瓷材料，由于引入了L i

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。