[發明專利]一種有效降低反鐵電陶瓷材料燒結溫度的制備方法

有效

• 申請號: 202111340472.8
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114031396B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 翟繼衛;楊靜;葛廣龍;陳楚凱
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H10N30/853
• 分類號: H10N30/853;C04B35/48;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種有效降低反鐵電陶瓷材料燒結溫度的制備方法，通過加入燒結助劑在降低反鐵電陶瓷的燒結溫度的同時顯著優化其儲能性能。該燒結助劑為CuO，反鐵電陶瓷基體材料為(Pbsubgt;0.95/subgt;Casubgt;0.02/subgt;Bisubgt;0.02/subgt;)(Zrsubgt;0.75/subgt;Snsubgt;0.25/subgt;)Osubgt;3/subgt;。本發明通過加入微量金屬氧化物CuO結合傳統的固相燒結法，借助液相燒結過程在低溫下改善陶瓷材料的致密性，細化晶粒尺寸使得擊穿場強提升，僅在1000℃的燒結溫度下就得到同時具有儲能密度高達10.2J/cmsupgt;3/supgt;及儲能效率高達85.5％的反鐵電陶瓷。與現有技術相比，顯著降低陶瓷基料的燒結溫度并提高了儲能密度、儲能效率，具有極高的實用性、經濟性以及普適性。

技術領域

本發明涉及功能陶瓷技術領域，尤其是涉及一種有效降低反鐵電陶瓷燒結溫度同時提高其儲能性能的方法。

背景技術

脈沖功率技術通過將脈沖能量在時間尺度上進行壓縮從而獲得極短時間的高峰值功率輸出，在國防科研、高新技術研究和民用工業等諸多領域中得到了廣泛應用。電容器尤其是多層陶瓷電容器作為脈沖功率裝置的主要儲能元件，儲能密度高、放電電流大以及功率密度高的脈沖電容器已成為當前脈沖功率技術領域研究的重點。目前，脈沖電容器常用的介質材料主要包括線性陶瓷、鐵電陶瓷和反鐵電陶瓷三類。與線性陶瓷相比，反鐵電陶瓷擁有更高的極化強度。與鐵電陶瓷相比，反鐵電陶瓷具有幾乎為零的剩余極化強度。因此，反鐵電陶瓷在同等電場條件下通常具有更高的理論儲能密度。

作為高儲能性能的代表，鋯酸鉛基反鐵電陶瓷由于高燒結溫度而無法與賤金屬電極低溫共燒在應用上受限。此外，高燒結溫度還會使得鉛的揮發難以控制，不利于控制成分的穩定性。目前圍繞在反鐵電材料設計提高儲能行為的研究有很多，但對降低反鐵電瓷料燒結溫度的研究還較少。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》，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1.28J/cm3；而專利號為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》，該發明中制備的反鐵電陶瓷在23.5kV/mm的工作電場下，可釋放的儲能密度只達到了2.68J/cm3，但儲能效率僅為78％。在反鐵電陶瓷基體中添加玻璃已被證明是一種實現降低燒結溫度的有效方法。例如，黃凱威等將BaO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃與PBLZ體系混合，僅在1100℃下就成功制備出致密的反鐵電陶瓷，憑借擊穿場強的大幅提升，儲能密度從2.0J/cm³增加至6.3J/cm³(K.Huang?et?al.,Journalof?the?European?Ceramic?Society?2021,41,2450.)。但玻璃在晶界處形成的第二相會降低反鐵電陶瓷的飽和極化，這對于進一步提升儲能性能是不利的。因此，能夠同時降低燒結溫度并提高儲能性能的方法對于開發反鐵電陶瓷在可低溫共燒的多層陶瓷電容器的應用方面具有極其重大的意義。

發明內容

本發明的目的是提出一種簡單有效的方法來解決現有高儲能性能體系因燒結溫度過高而無法實現低溫共燒而不能適用于現有加工工藝這一問題。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種有效降低反鐵電陶瓷材料燒結溫度的制備方法，該反鐵電陶瓷材料的化學通式為(Pb_0.95Ca_0.02Bi_0.02)(Zr_0.75Sn_0.25)O₃，具體通過以下制備方法制備得到：

S1：將鉛源、鋯源、錫源、鉍源、鈣源混合，并依次經過球磨、干燥、煅燒過程后，得到煅燒粉料；