一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料及其制备方法，成分以通式(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3来表示，其中x、y、z、m表示摩尔分数，0.2≤x≤0.7；0.01≤y≤0.2；0.05≤z≤0.3；0.02≤m≤0.2。本发明专利技术通过成分调节，形成复相组成，采用微波烧结形成均匀细小晶粒的致密结构，即保持高的介电常数，有获得高的耐压。本发明专利技术制备工艺简单、稳定，适合工业推广应用。本发明专利技术的高储能密度复相陶瓷介质材料，具有优异的储能特性及储能效率，储能密度可达1.9J/cm3，储能效率可达65%，环境友好、损耗低、实用性好。

【技术实现步骤摘要】
一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及介电储能陶瓷材料，具体是一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷及其制备方法。
技术介绍
发展中国家经济增长加速伴随着对能源需求日益增长，提高传统能源利用效率和拓展新能源实用范围的问题日益凸显。储能电容器具有放电功率大、利用效率高、储能密度上升空间大、充放电速度快、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境和性能稳定等优点，正逐渐成为脉冲功率设备中的储能元件而被广泛应用于电磁轨道炮武器、全电动军舰、战斗用车辆和混合动力汽车等国防及现代工业领域。同时，新技术的发展对提高介电材料的储能特性进而实现设备的轻量化、微型化和满足特殊用途提出了更高的要求。但现有的介电储能材料存在储能密度低、放电电流小、放电寿命短等问题，难以满足新技术进一步发展的需求。因此，开发出具有高储能密度的电介质材料已成为提高电容器储能特性的关键。陶瓷介质储能特性与介质本身的介电常数和高工作场强的平方的乘积成正比例关系。一般铁电陶瓷介质材料介电常数大，但击穿强度低，因此，寻找一种具有高介电常数同时又能保持高击穿强度的高储能密度介质材料是当前面临的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷及其制备方法，通过铁电陶瓷与先兆性铁电材料复合形成复相陶瓷材料，获得优异的储能特性及储能效率，储能密度可达1.9J/cm3，储能效率可达65％，环境友好、损耗低、实用性好。实现本专利技术目的的技术方案是：一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料，其配方为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3其中x、y、z、m表示摩尔分数，0.2≤x≤0.7；0.01≤y≤0.2；0.05≤z≤0.3；0.002≤m≤0.2。本专利技术高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)将原料按照化学式(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3其中x、y、z、m表示摩尔分数，0.2≤x≤0.7；0.01≤y≤0.2；0.05≤z≤0.3；0.002≤m≤0.2进行配料，以无水乙醇为介质振动球磨24小时，干燥后在坩埚中以800-900℃预烧保温4小时合成粉体；(2)获得的粉体烘干，加入2％(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，在50MPa压力下压制成型圆片；(3)将成型后的圆片在微波烧结炉中烧结，100℃/h的速率升温至600℃保温2小时，再以500℃/h的速率快速升温到1100℃保温0.1小时，随炉降温至室温；(4)烧结后的样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极即成。与已有材料及技术相比，本专利技术的特色体现在：1.与现有材料相比，本专利技术的陶瓷材料为复相陶瓷材料，即具有铁电材料的高介电性能，同时具有优良的耐压特性。2.与原有技术相比，本专利技术采用微波烧结，烧结温度低，保温时间段，晶粒细小均匀，致密度高。附图说明图1为本专利技术陶瓷材料电滞回线图2本专利技术陶瓷材料SEM图。具体实施方式实施例1：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3，其中x＝0.7，y＝0.1，z＝0.1，m＝0.05的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料，制备方法包括如下步骤：(1)以分析纯Bi2O3、Na2CO3、SrCO3、MgO、TiO2、Li2CO3、MnO2和La2O3为原料，按照化学式(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3(x＝0.7，y＝0.1，z＝0.1，m＝0.05)，进行配料，以无水乙醇为介质振动球磨24小时，干燥后在坩埚中以850℃预烧保温4小时合成粉体；(2)粉体烘干后，加入2％(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，在50MPa压力下压制成型圆片；(3)成型后的圆片在微波烧结炉中烧结，100℃/h的速率升温至600℃保温2小时，再以500℃/h的速率快速升温到1100℃保温0.1小时，随炉降温至室温；(4)烧结后的样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极即成。性能如表1所示。实施例2：成分表达式同实施例1：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3，其中x＝0.6，y＝0.2，z＝0.2，m＝0.1的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料制备方法同实施例1，不同的是预烧保温900℃，性能如表1所示实施例3：成分表达式同实施例1：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3，其中x＝0.4，y＝0.15，z＝0.08，m＝0.12的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料制备方法同实施例1，不同的是预烧保温800℃，性能如表1所示实施例4：成分表达式同实施例1：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3，其中x＝0.5，y＝0.18，z＝0.22，m＝0.16的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料制备方法同实施例1，性能如表1所示实施例5：成分表达式同实施例1：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3，其中x＝0.3，y＝0.18，z＝0.26，m＝0.02的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料制备方法同实施例1，性能如表1所示实施例6：成分表达式同实施例1：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3，其中x＝0.2，y＝0.15，z＝0.20，m＝0.15的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料制备方法同实施例1，性能如表1所示实施例7：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3，其中x＝0.65，y＝0.15，z＝0.10，m＝0.10的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料制备方法同实施例1，性能如表1所示实施例8：制备成分为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料，其特征是：组成通式为： (1‑x‑y)Sr1‑1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3‑x(Bi0.5Na0.5)1‑mMgmTiO3‑yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3其中x、y、z、m表示摩尔分数，0.2≤x≤0.7；0.01≤y≤0.2；0.05≤z≤0.3；0.02≤m≤0.2。

【技术特征摘要】
1.一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料，其特征是：组成通式为：(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0.5(Ti0.92Mn0.08)O3其中x、y、z、m表示摩尔分数，0.2≤x≤0.7；0.01≤y≤0.2；0.05≤z≤0.3；0.02≤m≤0.2。2.如权利要求1的高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷介质材料的制备方法，其特征是：(1)按照(1-x-y)Sr1-1.5z(Bi0.8La0.2)zTiO3-x(Bi0.5Na0.5)1-mMgmTiO3-yBi0.5Li0....

【专利技术属性】
技术研发人员：周昌荣，许积文，黎清宁，袁昌来，曾卫东，杨玲，陈国华，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45