[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210400357.3
• 申請日: 2022-04-16
• 公開（公告）號: CN114644523A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟彬;陳英全;李蕊
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/457;C04B35/465;C04B35/622
• 代理公司: 昆明隆合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 53220
• 代理人: 龍燕

本發(fā)明公開了一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷及其制備方法，屬于無機(jī)電介質(zhì)陶瓷領(lǐng)域。本發(fā)明所述的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷，其化學(xué)式為(La_0.25Sr_0.25Ba_0.25Na_0.25)(Ti_0.5Me_0.5)O₃(Me＝Sn,Zr,Hf)。其制備過程為：先按照化學(xué)計(jì)量比稱取原料BaCO₃、TiO₂、La₂O₃、SrCO₃、Na₂CO₃、SnO₂、ZrO₂、HfO₂；然后采用濕法球磨混合均勻，經(jīng)過干燥、煅燒后，再二次球磨、干燥、研磨得到所需的混合粉末；在混合粉末中加入適量的聚乙烯醇混合均勻后，放置模具中壓制成片；采用埋燒的方式將壓制片放置在密閉的雙層氧化鋁坩堝內(nèi)，置于高溫箱式電阻爐在空氣氣氛下燒結(jié)；該陶瓷具有擊穿場強(qiáng)大、剩余極化強(qiáng)度小、儲(chǔ)能效率高和溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在無機(jī)介質(zhì)電容器領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷及其制備方法，屬于無機(jī)電介質(zhì)陶瓷領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦酸鋇陶瓷因?yàn)槠涑杀镜汀⒕G色無污染、介電性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是目前工程上廣泛應(yīng)用的電介質(zhì)材料。但是，鈦酸鋇也存在剩余極化強(qiáng)度高、擊穿場強(qiáng)低、介電性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，根據(jù)儲(chǔ)能密度方程(W_rec、P_max、P_r、和E分別為放電儲(chǔ)能密度、最大極化強(qiáng)度、剩余極化強(qiáng)度和電場強(qiáng)度)，這就造成了鈦酸鋇的儲(chǔ)能密度小且儲(chǔ)能效率低。近些年，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對介電陶瓷的儲(chǔ)能性能要求越來越高。所以，解決目前鈦酸鋇存在的不足之處，是提高鈦酸鋇基陶瓷儲(chǔ)能性能所亟待解決的問題。

最近幾年，由高熵合金演變而來的高熵陶瓷，因?yàn)榫哂卸喾N優(yōu)異的物理性能而成為材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。高熵陶瓷是指由五種及以上主元，且各主元的含量相等(或幾乎相等)所形成的單相固溶體。根據(jù)以往人們的研究發(fā)現(xiàn)，高熵陶瓷的核心效應(yīng)之一就是擴(kuò)散緩慢，由于固溶體引起的晶格畸變和多元素的協(xié)同擴(kuò)散，原子運(yùn)動(dòng)和原子的有效擴(kuò)散受到阻礙。所以，可以得到具有細(xì)小晶粒和晶粒生長緩慢的單相固溶體。依據(jù)公式(其中BDS為擊穿場強(qiáng)，G為晶粒尺寸)可知，減小晶粒尺寸能顯著增加陶瓷的擊穿場強(qiáng)。綜上所述，設(shè)計(jì)、制備得到高熵鈣鈦礦陶瓷，對解決目前鈦酸鋇基介電材料存在的問題是十分可行而有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，為了解決目前鈦酸鋇介電陶瓷存在的不足，提供一種新型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷，所述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷具有不含鉛、高擊穿場強(qiáng)、高儲(chǔ)能效率、溫度穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。所述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷的化學(xué)式為(La_0.25Sr_0.25Ba_0.25Na_0.25)(Ti_0.5Me_0.5)O₃，其中，Me＝Sn,Zr,Hf。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)高熵介電陶瓷的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)按照化學(xué)計(jì)量比稱取BaCO₃、TiO₂、La₂O₃、SrCO₃、Na₂CO₃，其中在SnO₂、ZrO₂和HfO₂三種原料中任意稱量一種。

(2)將步驟(1)稱取的原料采用濕法球磨，經(jīng)過干燥、研磨、煅燒后得到混合粉末。

(3)將得到的混合粉末二次球磨、干燥、研磨。

(4)將二次球磨得到的混合粉末加入聚乙烯醇(PVA)，混合均勻后，放置于模具內(nèi)，壓制成陶瓷坯體。