一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法，将Ag2O，Nb2O5，Ta2O5和NaCO3混合球磨处理后的混合粉体依次进行烘干、研磨、过筛；再将过筛后的混合粉体进行预烧，自然冷却到室温后，向筛选的粉体中加入PVA溶液，混合均匀后得到造粒后粉体；将造粒后的粉体自然晾干，然后称取一定量的粉体，放入模具中，压成胚体；将胚体在纯氧条件下进行烧结，烧结结束后冷却，出炉得到烧结陶瓷片；将烧结陶瓷片打磨后晾干，得到高储能密度的铌酸银钠基反铁电陶瓷材料。本发明专利技术的成分及工艺步骤简单。易于操作、重复性好，可以应用于对储能密度和能量有效性有高要求的介电电容器及高功率脉冲介电储能器件上，具有高的经济价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于无铅介电储能材料
，具体涉及一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的和经济的高速发展使得人们生活质量日益提高，但随之也产生了能源不足和环境污染等问题。目前我们的生产生活仍依赖于化石燃料，但其总量有限性和不可再生性，是摆在人类社会面前亟待解决的一大难题，因此新能源发展的势头十分迅猛，同时新能源的发展对于能源存储器提出了更高的要求。
[0003]目前电能储存装置主要有：化学电池、电化学电容器和介电电容器等。介电电容器与其他两种相比有较高的功率密度、非常长的循环次数、以及充放电速度快等特点，这些性能满足超高功率电子系统的要求。因此，基于以上优点，介电电容器有望应用于电子电路、微波通讯、3C电子产、新能源汽车以及军事装备如：电热激发炮、轨道炮、激光聚变系统等，医疗设备如：心脏除颤器、激光手术等方面拥有广阔的应用前景。
[0004]然而，电子产品的日益小型化，人们亟需找到一种高存储密度的介电材料。反铁电材料的介电电容器由于其独特的双电滞回线，较高的饱和极化以及近于零的剩余极化等特点，在实现高的能量储存密度和高功率密度等方面更加具有优势。因而有望突破当前制约的一些聚合物电容器的储能瓶颈。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法，成分及工艺步骤简单。易于操作、重复性好，可以应用于对储能密度和能量有效性有高要求的介电电容器及高功率脉冲介电储能器件上，具有很高的经济价值。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料，其铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料的化学组成为：(Ag
0.5
Na
0.5
)(Nb1‑
x
Ta
x
)O3，x为(Nb1‑
x
Ta
x
)O3的摩尔百分比，且0.2<x≤0.5。
[0008]高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、按照化学组成(Ag
0.5
Na
0.5
)(Nb1‑
x
Ta
x
)O3中的计量比x＝0.2、0.3、0.4和0.5时计算所得的质量分别称取Ag2O，Nb2O5，Ta2O5和NaCO3粉体；
[0010]S2、对步骤S1称量的Ag2O，Nb2O5，Ta2O5和NaCO3粉体混合后进行第一球磨处理，得到混合粉料，对混合粉料依次进行烘干、研磨和过筛处理，将过筛后的混合粉料进行预烧处理，经自然冷却后进行第二次球磨处理，取出粉体并烘干得到预制粉体；
[0011]S3、对步骤S2得到的预制粉体进行研磨，过筛得到筛选粉体，然后向筛选粉体中加
入浓度3％～6％的PVA溶液，混合均匀后得到造粒粉体；
[0012]S4、将步骤S3得到的造粒粉体压制成胚体，然后对胚体进行烧结处理，自然冷却后得到烧结陶瓷片；
[0013]S5、将步骤S4得到的烧结陶瓷片打磨至厚度0.1～0.15mm，自然晾干得到高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料。
[0014]具体的，步骤S2中，第一次球磨处理和第二次球磨处理的转速均为400～450转/分，第一次球磨处理的时间大于等于12小时，第二次球磨处理时间为4～5小时。
[0015]进一步的，球磨处理使用的溶剂为无水乙醇或水，球磨介质为氧化锆球或氧化铝球。
[0016]具体的，步骤S2中，第一次球磨处理后的烘干温度为65～70℃，过筛处理的筛网为80～100目，第二次球磨处理后的烘干温度为65～70℃。
[0017]具体的，步骤S2中，预烧处理的温度为800～900℃，保温时间为4～6小时，气氛为纯氧。
[0018]具体的，步骤S3中，筛选粉体的粒径为80～100目。
[0019]具体的，步骤S3中，PVA溶液的加入量为筛选粉体质量的5％～10％。
[0020]具体的，步骤S4中，压制胚体的压力为20～25MPa。
[0021]具体的，步骤S4中，烧结处理具体为：
[0022]以3～5℃/min的速率升温至600～700℃，保温2～3小时之后，继续升温至1230～1280℃并保温6～7小时，冷却到温度低于500℃后，随炉自然冷却至室温。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0024]本专利技术一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料，材料组成可以采用固相法制备合成，并得到一种高致密度的铌酸银钠基反铁电陶瓷材料。在该材料体系中，当材料的化学组成在x≤0.5，陶瓷材料在383.34KV cm
‑1的电压下显示出最高5.548J/cm3有效能量储存密度，而当化学组成为0.2<x≤0.5，陶瓷材料在383.34KV cm
‑1的电压下显示最高8.35J/cm3的总储能密度，而材料的化学组成落在0.2<x≤0.5范围内，陶瓷材料显示出较高的能量效率在83.26％～96.605％之间。
[0025]本专利技术一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料制备方法，按照化学组成分别称取Ag2O，Nb2O5，Ta2O5和NaCO3原料；混合后进行第一次球磨处理；然后依次进行烘干、研磨和过筛处理后；将混合粉体进行预烧处理，经自然冷却后进行第二次球磨处理，通过两次球磨处理，将原料混合均匀，第二次球磨用于减小预烧后的粉体尺寸，取出粉体并烘干得到预制粉体；对预制粉体进行研磨，过筛得到粉体细小，均匀的筛选粉体，然后向粉体中加入质量浓度为3～6％的PVA溶液，混合均匀后得到造粒粉体；将造粒粉体压制称胚体；对胚体进行烧结处理，自然冷却后合成高质量的单相铌酸银钠基陶瓷样品；将单相铌酸银钠基陶瓷样品打磨至厚度0.1～0.15mm，自然晾干得到高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料，整个工艺步骤简单、易于操作、重复性好。
[0026]进一步的，第一次球磨处理和第二次球磨处理的转速为400～450转/分，第一次球磨处理的时间大于等于12小时，第二次球磨处理的时间为4～5小时，球磨转速低于400转/分，转速过低，球磨不均匀，转速大于450转/分，则可能造成球磨罐的损伤，因此设置球磨转速为400～450转/分。第一次球磨的目的是为了将原料混合均匀，因此球磨时间较长，第二
次球磨是为了减小预烧后的粉体尺寸，因此球磨时间较短，溶剂选用无水乙醇有两个好处，首先，可以降低粉体表面的表面能，所以粉体不会产生团聚。第二，加入酒精易于挥发，不会过多增加粉体的含水量。球磨介质的作用是细化粉体的同时避免粉体产生团聚。
[0027]进一步的，无水乙醇的燃点为75℃，若高于此温度将会导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料，其特征在于，铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料的化学组成为：(Ag
0.5
Na
0.5
)(Nb1‑
x
Ta
x
)O3，x为(Nb1‑
x
Ta
x
)O3的摩尔百分比，且0.2<x≤0.5。2.权利要求1所述的高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照化学组成(Ag
0.5
Na
0.5
)(Nb1‑
x
Ta
x
)O3中的计量比x＝0.2、0.3、0.4和0.5时计算所得的质量分别称取Ag2O，Nb2O5，Ta2O5和NaCO3粉体；S2、对步骤S1称量的Ag2O，Nb2O5，Ta2O5和NaCO3粉体混合后进行第一球磨处理，得到混合粉料，对混合粉料依次进行烘干、研磨和过筛处理，将过筛后的混合粉料进行预烧处理，经自然冷却后进行第二次球磨处理，取出粉体并烘干得到预制粉体；S3、对步骤S2得到的预制粉体进行研磨，过筛得到筛选粉体，然后向筛选粉体中加入浓度3％～6％的PVA溶液，混合均匀后得到造粒粉体；S4、将步骤S3得到的造粒粉体压制成胚体，然后对胚体进行烧结处理，自然冷却后得到烧结陶瓷片；S5、将步骤S4得到的烧结陶瓷片打磨至厚度0.1～0.15mm，自然晾干得到高储能密度的铌酸银钠基无铅反铁电陶瓷材料。3.根据权利要求2所述的高储能密度的铌酸银钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，黎垒，贾烨，宋盼盼，葛万银，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：