[發明專利]添加MgO的0.475NBT-0.525BCTZ高儲能密度陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610060238.2
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105753469A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 蒲永平;姚謀騰;高淑雅
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/475;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

技術領域

本發明屬于電子陶瓷領域，涉及一種MgO添加0.475NBT-0.525BCTZ高儲能密度陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

電容器作為一種重要的儲能器件，是電子設備中大量使用的電子元器件之一。而陶瓷電容器具有使用溫度范圍寬、壽命長、性能可靠等優點而被廣泛使用。電容儲能容易保持，不需要超導體。電容儲能還有很重要的一點就是能夠提供瞬間大功率，非常適合于激光器，閃光燈等應用場合。電容器儲存的能量大小由其尺寸和介質材料的儲能密度決定。為了減小其尺寸，提高其能量的存儲量，開發具有高儲能密度的陶瓷介質材料可以有效解決這一問題。陶瓷電容器具有使用溫度范圍寬、壽命長、性能可靠等優點而被廣泛使用。其中鐵電陶瓷材料具有介電常數大，非線性效應強等優點，單位體積鐵電陶瓷材料的儲能密度J可由下式計算：

J＝∫EdP

其中P為極化強度，E為其擊穿強度。

鐵電陶瓷材料的儲能密度由其最小極化強度(P_r)、最大極化強度(P_m)和擊穿強度(E_b)共同決定。被廣泛研究的Ba_0.4Sr_0.6TiO₃陶瓷的儲能密度僅僅為～0.37J/cm³，儲能密度較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種添加MgO的0.475NBT-0.525BCTZ高儲能密度陶瓷材料及其制備方法，該方法制得的陶瓷材料儲能密度高達1.04J/cm³，并且制備方法簡單，易于實現。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種添加MgO的0.475NBT-0.525BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，將BCTZ陶瓷粉體、NBT陶瓷粉體和氧化鎂粉體按照化學式0.475NBT-0.525BCTZ-xwt％MgO配料，混合均勻后經造粒、成型后，在1150-1180℃下保溫2-6h燒結成瓷，得到高儲能密度陶瓷材料；其中，x取值范圍為3-7。

所述混合均勻是通過球磨實現的。

所述球磨是以去離子水作為球磨介質。

所述球磨的時間為6-8h。

混合均勻后在70℃-90℃下烘干。

所述BCTZ陶瓷粉體通過以下方法制得：按照化學式Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦和氧化鋯混合均勻后在1270℃下保溫2h，制得BCTZ陶瓷粉體。

所述NBT陶瓷粉體通過以下方法制得：按照化學式Na_0.5Bi_0.5TiO₃，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840℃下保溫4h，制得NBT陶瓷粉體。

一種添加MgO的0.475NBT-0.525BCTZ高儲能密度陶瓷材料，化學式為0.475NBT-0.525BCTZ-xwt％MgO，其中，x取值范圍為3-7，該材料的密度為1.04J/cm³。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果：0.475NBT-0.525BCTZ具有較高的最大極化強度(P_m～25.22μC/cm³)，但是其擊穿強度較低(E_b～94.73kV/cm)，使其具有較低的儲能密度(0.86J/cm³)，因此本發明通過添加MgO來提高其擊穿強度，從而制得高儲能密度陶瓷材料。由于MgO在陶瓷中的擴散速率較慢，使得過量的MgO在晶界處積累，可以有效抑制晶粒生長，細化陶瓷材料的晶粒，使得陶瓷材料具有均勻的微觀形貌。其次MgO的擊穿強度高達1000kV/cm，添加MgO還可以有效降低陶瓷材料的介電損耗。因此，本發明向0.475NBT-0.525BCTZ添加適量的MgO來提高其擊穿強度，從而獲得具有高儲能密度的陶瓷材料。本發明采用傳統固相法制備的0.475NBT-0.525BCTZ-xwt％MgO陶瓷材料的儲能密度高達1.04J/cm³。本發明的制備方法設備簡單、操作簡單、成本低、可大規模生產，為大規模、低成本制備高儲能密度陶瓷材料提供了基礎。