一种高储能密度的无铅陶瓷材料及制备方法技术

本发明专利技术提供一种高储能密度的无铅陶瓷材料及制备方法，属于储能陶瓷技术领域。本发明专利技术的方法先按照Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3和Bi0.18Na0.46NbO3分别进行配料，通过球磨工艺混合均匀后首先进行预烧，然后研磨过筛，接着按照化学式(1‑x)Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·xBi0.18Na0.46NbO3配料和球磨，球磨后造粒，接着在模具中压制成型，再经排胶处理后，利用放电等离子烧结系统进行一次烧结，再经普通高温炉二次烧结后得到所述高储能密度和高储能效率的陶瓷材料。本发明专利技术的制备方法简单，所得的无铅陶瓷材料的具有较高的储能密度和储能效率。

A high energy storage density free lead-free ceramic material and preparation method

The invention provides a lead-free ceramic material with high energy storage density and a preparation method, which belongs to the field of energy storage ceramics. The method of the invention according to Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3 and Bi0.18Na0.46NbO3 respectively ingredients by ball milling process of mixing the first and then pre sintering, grinding and screening, then in accordance with the chemical formula (1 x) Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3 - xBi0.18Na0.46NbO3 batching and milling, milling after granulation, followed by mold pressing, after discharging after treatment of a sintered by spark plasma sintering system, the ordinary high-temperature furnace two times after sintering to obtain the high energy density and high energy efficiency of ceramic materials. The preparation method of the invention is simple, and the obtained lead-free ceramic material has high energy storage density and energy storage efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种高储能密度的无铅陶瓷材料及制备方法
本专利技术涉及储能陶瓷
，具体涉及一种高储能密度的无铅陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着信息技术的不断发展，高储能密度介质材料是制作小型、大容量、高效率电容器的关键材料，在各种电子、电力系统中扮演着越来越重要的角色。由于高储能密度陶瓷介质电容器材料具有储能密度高、充放电速度快、抗循环老化、机械强度高、适用于高温高压等极端环境和性能稳定等优点，符合新能源开发和利用的要求，广泛的应用于通讯、电脑、汽车、电子电路设备以及军工等现代众多领域。目前，用于制备储能电容器的固态高储能密度介质材料的研究主要集中在聚合物、陶瓷-聚合物复合材料以及陶瓷三大类。由于聚合物、陶瓷-聚合物复合材料的聚合物基体在150℃容易发生热分解或变形，因此，陶瓷介质材料成为制备耐高温脉冲电容器的主要候选材料。目前，无铅储能陶瓷材料主要集中在BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3和Bi0.5Na0.5Ti03等陶瓷材料上，但是，这些材料的储能密度和储能效率仍然较低，限制了这些材料的实际使用。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高储能密度的无铅陶瓷材料及其制备方法，本专利技术制备所得的无铅陶瓷材料的具有较高的储能密度和效率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种高储能密度无铅陶瓷材料，该无铅陶瓷材料的化学式为(1-x)Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·xBi0.18Na0.46NbO3，其中x为Bi0.18Na0.46NbO3的摩尔分数，且0.1≤x≤0.3。优选地，该陶瓷材料的化学式为0.88Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·0.12Bi0.18Na0.46NbO3。本专利技术还提供上述高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按化学式Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3中的计量比称取原料进行配料；将所称取的原料在球磨机中球磨，然后烘干，得粉料A；将粉料A在900-950℃空气中预烧2-10小时后，研磨过筛，得Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3粉料；(2)按化学式Bi0.18Na0.46NbO3中的计量比称取原料进行配料；将所称取原料在球磨机中球磨，然后烘干，得粉料B，将所述粉料B在700-800℃空气中预烧2-10小时，研磨过筛，得Bi0.18Na0.46NbO3粉料；(3)将Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3粉料和Bi0.18Na0.46NbO3粉料按照化学式(1-x)Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·xBi0.18Na0.46NbO3，其中0.1≤x≤0.3进行配料并混合，研磨过筛得粉料C；(4)向所述粉料C中加入有机粘结剂造粒；将造粒后的粉料在200-300MPa的压力下干压成型，排胶后得陶瓷坯体；将所述陶瓷坯体利用放电等离子烧结系统在真空环境中1000℃-1050℃进行烧结，制得陶瓷烧结体；(5)将步骤(4)经处理后的陶瓷烧结体以2-5℃/min的升温速率升温至1130-1250℃，保温3-6小时后，随炉自然冷却，得到致密陶瓷片；(6)将所得的陶瓷片精修至0.2-0.3cm厚，双面用丝网刷上银浆后，在700-850℃条件下烧渗银电极，得所述陶瓷材料。本专利技术中，优选地，步骤(1)中称取的原料为BaCO3、SrCO3、TiO2和SnO2，步骤(2)中称取的原料为Bi2O3、Na2CO3和Nb2O5。本专利技术中，优选地，步骤(1)、(2)所述球磨采用的是行星式球磨机；所用球磨介质为氧化锆球，分散介质为丙酮，球磨过程中原料：球磨介质：丙酮的重量比均为1：(2-4)：(1-3)；球磨机转速均为250-300r/min，球磨时间均为10-20小时。本专利技术中，优选地，步骤(4)中的有机粘结剂为质量浓度为6-8％的PVA溶液；PVA溶液的加入量为粉料C总质量的8-15％。本专利技术中，优选地，步骤(1)、(2)、(3)中所述的过筛为过120目筛。本专利技术中，优选地，步骤(4)中的排胶温度为500-650℃，排胶时保温1-2小时。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术按照化学式Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3和Bi0.18Na0.46NbO3分别进行配料，通过球磨工艺混合均匀后首先进行预烧，然后研磨过筛，接着按照化学式(1-x)Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·xBi0.18Na0.46NbO3，其中0.1≤x≤0.3配料和进行球磨，球磨后进行造粒，接着在模具中压制成型，再经排胶处理后利用放电等离子烧结系统进行一次烧结，再经普通高温炉二次烧结后得到本专利技术的高储能密度和高储能效率的陶瓷材料。本专利技术通过控制各金属元素的相对含量，控制烧结的温度和工艺，所得陶瓷材料兼具有钛酸锶钡基储能陶瓷和铌酸铋钠两种压陶瓷的优点，通过掺入少量Sn元素，进一步改善其介电性能，克服了陶瓷介质材料介电常数温度稳定性较差、介电损耗较大的缺点，所制备的储能陶瓷介质材料的介电常数在110-350℃范围内具有良好的频率稳定性且介电损耗均小于0.09，同时获得了优异的储能密度和储能效率，储能密度达到1.55-1.99J/cm3。此外，本专利技术所用原料中不含铅，对环境无污染，且所用原料中稀土元素含量少，制备工艺简单、稳定性好、致密度高，可满足不同应用的需求。【具体实施方式】为了更清楚地表达本专利技术，以下通过具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1无铅陶瓷材料0.90Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·0.10Bi0.18Na0.46NbO3的制备方法，按照以下步骤进行：(1)按化学式Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3中的计量比称取原料BaCO3、SrCO3、TiO2和SnO2，进行配料；将所称取的原料在行星式球磨机中球磨，所用球磨介质为氧化锆球，分散介质为丙酮，球磨过程中原料：球磨介质：丙酮的重量比均为1：2：1；球磨机转速均为250r/min，球磨时间均为10小时。球磨后烘干，得粉料A；将粉料A在900℃空气中预烧10小时后，研磨过120目筛，得Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3粉料；(2)按化学式Bi0.18Na0.46NbO3中的计量比称取原料Bi2O3、Na2CO3和Nb2O5进行配料；将所称取原料在行星式球磨机中球磨，所用球磨介质为氧化锆球，分散介质为丙酮，球磨过程中原料：球磨介质：丙酮的重量比均为1：2：1；球磨机转速均为250r/min，球磨时间均为10小时；然后烘干，得粉料B，将所述粉料B在700℃空气中预烧10小时，研磨过120目筛，得Bi0.18Na0.46NbO3粉料；(3)将Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3粉料和Bi0.18Na0.46NbO3粉料按照化学式0.90Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·0.10Bi0.18Na0.46NbO3进行配料并混合，研磨过120目筛得粉料C；(4)向所述粉料C中加入质量浓度为6％的PVA溶液造粒，PVA溶液的加入量为粉料C总质量的8％；将造粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高储能密度的无铅陶瓷材料，其特征在于：所述无铅陶瓷材料的化学式为(1‑x)Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·xBi0.18Na0.46NbO3，其中x为Bi0.18Na0.46NbO3的摩尔分数，且0.1≤x≤0.3。

【技术特征摘要】
1.一种高储能密度的无铅陶瓷材料，其特征在于：所述无铅陶瓷材料的化学式为(1-x)Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·xBi0.18Na0.46NbO3，其中x为Bi0.18Na0.46NbO3的摩尔分数，且0.1≤x≤0.3。2.根据权利要求1所述的无铅陶瓷材料，其特征在于：所述无铅陶瓷材料的化学式为0.88Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·0.12Bi0.18Na0.46NbO3。3.根据权利要求1或2所述的无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)按化学式Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3中的计量比称取原料进行配料；将所称取的原料在球磨机中球磨，然后烘干，得粉料A；将粉料A在900-950℃空气中预烧2-10小时后，研磨过筛，得Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3粉料；(2)按化学式Bi0.18Na0.46NbO3中的计量比称取原料进行配料；将所称取原料在球磨机中球磨，然后烘干，得粉料B，将所述粉料B在700-800℃空气中预烧2-10小时，研磨过筛，得Bi0.18Na0.46NbO3粉料；(3)将Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3粉料和Bi0.18Na0.46NbO3粉料按照化学式(1-x)Ba0.56Sr0.44Ti0.93Sn0.07O3·xBi0.18Na0.46NbO3，其中0.1≤x≤0.3进行配料并混合，研磨过筛得粉料C；(4)向...

【专利技术属性】
技术研发人员：周开珍，
申请(专利权)人：周开珍，
类型：发明
国别省市：广西,45