[發明專利]一種反鐵電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910555610.0
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110342925B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 翟繼衛;黃凱威;葛廣龍;沈波
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種反鐵電陶瓷材料及其制備方法，該反鐵電陶瓷材料的化學通式為(Pb_0.91Ba_xLa_0.06?2x/3)(Zr_ySn_1?y)O₃，其中0＜x＜0.09，0＜y＜1。與現有技術相比，本發明通過傳統的電子陶瓷制備工藝制備反鐵電陶瓷材料，其具有儲能密度高、電滯小、儲能效率高與充放電性能優異的特性，對于開發循環充放電壽命長的高儲能密度、高儲能效率的脈沖功率電容器具有非常重要的意義。

技術領域

本發明屬于功能陶瓷領域，尤其是涉及一種同時具有高儲能密度、高儲能效率與優異充放電性能的反鐵電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的進步，脈沖功率技術在工業、建筑、生物醫藥及尖端技術等各個領域得到了廣泛的應用。在脈沖功率裝置中，能量存儲系統是主要的組成部分，儲能電容器是目前應用最為廣泛的儲能器件，高能量存儲密度、小型化、輕量化的電容器已成為業界長期發展的方向。因此對于高儲能密度、高儲能效率的新型儲能材料的需求非常迫切，成為新材料和新技術研究的熱點之一。

用作脈沖電容器的介質材料主要有線性陶瓷、鐵電陶瓷和反鐵電陶瓷三類。在高儲能應用方面，反鐵電材料要明顯優于鐵電材料，因為反鐵電體沒有任何剩余極化，其可以釋放更多的儲存電荷；同樣反鐵電材料由于其高的介電常數和大的極化強度，其儲能特性優于線性電介質材料。目前圍繞提高反鐵電陶瓷儲能行為的研究有很多，在提高反鐵電陶瓷的儲能密度方面，如專利號為CN201810214293.1的中國發明專利《一種高儲能密度反鐵電陶瓷材料及其制備方法》（授權公告號為CN108358630A），該發明中制備的反鐵電陶瓷在23.5kV/mm的工作電場下，可釋放的儲能密度為2.68 J/cm³，但能量損耗較大，儲能效率為78%；在提高反鐵電陶瓷儲能效率方面的研究，如專利號為CN201510109369.0的中國發明專利《一種高儲能效率鑭摻雜鋯鈦錫酸鉛反鐵電陶瓷及其制備方法》（授權公告號為CN104725041A），該發明中制備的反鐵電陶瓷的儲能效率達到90.4%，但有效儲能密度僅為1.28 J/cm³。依據目前的文獻報道來看，獲得同時具有高儲能密度和高儲能效率的反鐵電陶瓷依然是亟待解決的關鍵問題之一，對于開發循環充放電壽命長的高儲能密度、高儲能效率的脈沖功率電容器具有非常重要的意義。

發明內容

在本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有高儲能密度、高儲能效率與優異充放電性能的反鐵電陶瓷材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種反鐵電陶瓷材料，該反鐵電陶瓷材料的化學通式為（Pb_0.91Ba_xLa_0.06-2x/3）（Zr_ySn_1-y）O₃，其中0＜x＜0.09，0＜y＜1， x優選為0.015，0.03，0.045或0.06，y優選為0.6。

一種反鐵電陶瓷材料的制備方法，包括：

（1）選取純度大于99%的Pb₃O₄、BaCO₃、La₂O₃、ZrO₂、SnO₂作為反鐵電陶瓷的原料；

（2）按化學組成進行稱料，加入球磨介質進行球磨，出料，烘干；

（3）將烘干的粉料在馬弗爐中煅燒800~900℃保溫2~3h；

（4）將煅燒后的粉料進行二次球磨，出料，烘干，再加入PVA進行造粒，并在6~8MPa的壓力下壓制成陶瓷圓片；

（5）將得到的陶瓷坯體在馬弗爐中進行排膠，在500~600℃保溫5~10h；