一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法，所述铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学式为Bi

【技术实现步骤摘要】
一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于电介质材料领域，具体涉及一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子电气设备的快速发展和广泛应用，陶瓷电介质电容器因其充放电速度快、功率密度高、热稳定性好、循环寿命长以及使用温度范围宽、安全性好等优异的储能特性而越来越受到人们的关注。出于对材料环保的要求，科学家们在不断寻找新型无铅陶瓷介质材料的过程中发现，所制备的陶瓷材料往往会因为烧结温度而出现不均匀的第二相，即焦绿石相聚集在晶界处，导致材料的介电常数降低、介电损耗增加以及击穿电场强度的降低，不利于材料的储能。实际上，在目前已经发现的焦绿石体系中，铋基焦绿石陶瓷材料由于其烧结温度低、介电常数适中、介电损耗小、介电常数温度系数可调且无铅等优异的性质，受到广泛关注。
[0003]因此，有必要对铋基焦绿石介电储能陶瓷进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识所作出的。
[0005]在2015年，随着具有单相结构的(Mg
0.2
Zn
0.2
Cu
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
)O材料的成功制备，高熵概念从合金拓展到了氧化物。此后的几年里，科学家们成功制备了各种各样具有不同晶体结构的高熵氧化物，如岩盐、萤石、烧绿石、钙钛矿、尖晶石等。高熵氧化物的优点可以概括为四个方面：(1)可以通过提高多种元素之间的溶解极限来稳定固溶体的形成；(2)可以延缓材料体系中第二相的生长以及晶粒尺寸的减小；(3)通过离子半径不匹配带来的晶格畸变来提高材料的机械强度；(4)各种成分元素混合所带来的不可预测的特性，称为鸡尾酒效应。
[0006]本专利技术利用高熵氧化物的特性，通过在铋基焦绿石材料中掺杂不同离子来获得结构稳定、优异介电稳定性以及高电介质储能性能的新型陶瓷材料，本专利技术为高储能性能陶瓷材料提供了一种新的选择。
[0007]本专利技术提供一种铋基焦绿石介电储能陶瓷，所述铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学式为Bi
1.5
Zn1‑
x
M
x
Nb
1.5
‑
y
M
’
y
O7，其中，M为Mg、Cd或Ni，M
’
为Ta、W、Hf、Ti、Zr的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤1.5，并且x、y不同时为0。专利技术人发现，具有上述化学式的铋基焦绿石介电储能陶瓷结构稳定、具有优异介电稳定性以及高电介质储能性能，具有广泛的应用前景。
[0008]本专利技术还提供一种制备前文所述的铋基焦绿石介电储能陶瓷的方法，所述方法包括：
[0009](1)按照铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学计量比，称取Bi2O3、ZnO、Nb2O5、M的氧化物、M
’
的氧化物，进行一次球磨，得到混料；
[0010](2)将所述混料进行预烧，生成预合成陶瓷粉体；
[0011](3)将所述预合成陶瓷粉体进行二次球磨；
[0012](4)在经过所述二次球磨的预合成陶瓷粉体中加入粘结剂，进行造粒，过筛，经过冷压成型，得到陶瓷生坯；
[0013](5)将所述陶瓷生坯进行排胶；
[0014](6)将经过排胶的所述陶瓷生坯进行烧结，得到铋基焦绿石介电储能陶瓷。
[0015]由此，通过该方法所制备的铋基焦绿石介电储能陶瓷具有前文所述的铋基焦绿石介电储能陶瓷所具有的全部特征和优点，在此不再赘述。总的来说，由该方法所制备的铋基焦绿石介电储能陶瓷结构稳定、具有优异的介电稳定性以及高电介质储能性能，具有广泛的应用前景。此外，该方法还具有操作简单、生产成本低等优点。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述一次球磨和所述二次球磨均在球磨机中进行；所述一次球磨和所述二次球磨均采用乙醇和ZrO2球作为球磨介质；进行一次球磨和进行二次球磨时，所述球磨机转速为250
‑
360rpm/min；所述一次球磨的时间和所述二次球磨的时间彼此独立地选自12
‑
24小时。
[0017]根据本专利技术的实施例，步骤(2)中，所述预烧的温度为700
‑
850℃；所述预烧的升温速率为每分钟3
‑
5℃；所述预烧的时间为2
‑
4小时。
[0018]根据本专利技术的实施例，步骤(4)中，所述粘结剂为浓度3～6wt％的聚乙烯醇水溶液。
[0019]根据本专利技术的实施例，所述粘结剂的加入量是经过所述二次球磨的预合成陶瓷粉体质量的1
‑
3％。
[0020]根据本专利技术的实施例，选用100～200目筛网进行过筛。
[0021]根据本专利技术的实施例，所述冷压成型的压力为2
‑
6MPa。
[0022]根据本专利技术的实施例，步骤(5)中，所述排胶的温度为600
‑
650℃，所述排胶的升温速率为1
‑
3℃/min，所述排胶的时间为3
‑
4小时。
[0023]根据本专利技术的实施例，步骤(6)中，所述烧结的温度为900
‑
1150℃，所述烧结的升温速率为5
‑
8℃/min，所述烧结的时间为3
‑
4小时。
附图说明
[0024]图1是本专利技术中，制备铋基焦绿石介电储能陶瓷的方法流程图；
[0025]图2是实施例1、2和3制备所得到产物的XRD图谱；
[0026]图3是实施例1制备所得到产物的SEM图谱；
[0027]图4是实施例2制备所得到产物的SEM图谱；
[0028]图5是实施例3制备所得到产物的SEM图谱；
[0029]图6是实施例1制备所得到产物的电滞回线；
[0030]图7是实施例2制备所得到产物的电滞回线；
[0031]图8是实施例3制备所得到产物的电滞回线；
[0032]图9是实施例1制备所得到产物的储能特性随电场强度的变化曲线；
[0033]图10是实施例2制备所得到产物的储能特性随电场强度的变化曲线；
[0034]图11是实施例3制备所得到产物的储能特性随电场强度的变化曲线。
具体实施方式
[0035]下面详细描述本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0036]本专利技术以铋基焦绿石材料为基体，通过熵调控设计在材料中进行单或多离子掺杂，得到了结构稳定、优异介电稳定性以及高电介质储能性能的新型陶瓷材料，拓展了在介电储能领域的应用。
[0037]本专利技术提供一种铋基焦绿石介电储能陶瓷，所述铋基焦绿石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋基焦绿石介电储能陶瓷，其特征在于，所述铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学式为Bi
1.5
Zn1‑
x
M
x
Nb
1.5
‑
y
M
’
y
O7，其中，M为Mg、Cd或Ni，M
’
为Ta、W、Hf、Ti、Zr的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤1.5，并且x、y不同时为0。2.一种制备权利要求1所述的铋基焦绿石介电储能陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)按照铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学计量比，称取Bi2O3、ZnO、Nb2O5、M的氧化物、M
’
的氧化物，进行一次球磨，得到混料；(2)将所述混料进行预烧，生成预合成陶瓷粉体；(3)将所述预合成陶瓷粉体进行二次球磨；(4)在经过所述二次球磨的预合成陶瓷粉体中加入粘结剂，进行造粒，过筛，经过冷压成型，得到陶瓷生坯；(5)将所述陶瓷生坯进行排胶；(6)将经过排胶的所述陶瓷生坯进行烧结，得到铋基焦绿石介电储能陶瓷。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一次球磨和所述二次球磨均在球磨机中进行；所述一次球磨和所述二次球磨均采用乙醇和ZrO2球作为球磨介质；进行一次球磨和进行二次球磨时，所述球磨机转速为250
‑
360rpm/min；所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书一页说明书七页附图六页，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：