(Na0.5Bi0.5)(1‑x)BaxTi(1‑x)SnxO3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(Na0.5Bi0.5)(1‑

(Na0.5Bi0.5) (1 x) BaxTi (1 x) SnxO3 ceramics and preparation method thereof

The invention discloses a high energy density (Na0.5Bi0.5) (1

【技术实现步骤摘要】
(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及高储能介质陶瓷电容器领域，具体涉及一种透明性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
陶瓷介电材料由于充放电速率快、功率密度高和耐高温性等特点，广泛应用于电力电子设备中。然而，低的储能密度导致介电材料占据了电力电子设备的25%的体积和重量，为了减小电子器件的体积和重量，迫切需要提高介电材料的储能密度。弛豫铁电体（RFE）由于在理想状态下具有零剩余极化（Pr）和高饱和极化（Ps），在能量储存应用中受到越来越多的关注。但是大多数的弛豫铁电体都是含有铅的，在制备和使用过程中对环境造成很大的损害，因此高储能密度的电介质材料的无铅化成为必然趋势。Na0.5Bi0.5TiO3（NBT）是由于其高的极化强度（Ps=43μC/cm2）被认为是取代铅基的候选材料，但是NBT高的极化强度和高的矫顽场强限制了储能密度的提高，在我们以前的工作中，我们已经证实添加BaSnO3（BSN）可以有效的降低NBT的剩余极化强度和矫顽场强，但是BSN中的Sn元素扩散率慢，因此陶瓷的击穿强度和透光性受到限制，通过传统固相法很难制备出具有透明性的高储能密度的介电陶瓷，本专利技术通过冷等静压和微波烧结辅助均匀化的办法，提高了BSN在NBT中的固溶度，获得了元素分布均匀的高储能密度的(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种透明性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷。利用本专利技术的方法得到的陶瓷材料不但具有高的储能密度，而且较高的介电常数和较低的介电损耗和弛豫特性，制备工艺简单，材料成本低，环境友好。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料，化学计量式为：(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3，x=0.1~0.4。以及，上述透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：按照摩尔比分别称量相应质量的Na2CO3、Bi2O3、TiO2、SnO2、BaCO3，合成Na0.5Bi0.5TiO3粉体与BaSnO3粉体，然后按照化学计量式(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3，x=0.1~0.4，取NBT粉体与BSN粉体混合均匀形成全配料；步骤二：将全配料与氧化锆球石、去离子水混合后进行球磨、烘干、过筛，形成过筛料；步骤三：将过筛料在200~220MPa的压强下，通过冷等静压压制成试样，并将制好的试样进行微波烧结得到烧结试样。进一步地，步骤一中BSN粉体的制备步骤包括：首先按照摩尔比1:1称取BaCO3和SnO2混合形成混合物A；然后取混合物A、锆球石及去离子水按照质量比为1:5:1混合后依次进行球磨、烘干和压块，最后于1100-1200℃保温2.5~3小时，得到纯相的BSN粉体。进一步地，步骤一中NBT粉体的制备步骤包括：首先按照摩尔比1:1:4称取Na2CO3、Bi2O3和TiO2混合形成混合物B；然后取混合物B、锆球石及去离子水按照质量比为1:5:1混合后依次进行球磨、烘干、于820~840℃煅烧3~4小时，得到的粉体C，将粉体C在上述条件下再次进行球磨、烘干、煅烧，得到纯相的NBT粉体。进一步地，步骤二中将全配料与氧化锆球石、去离子水按照质量比1:5:1混合后进行球磨。进一步地，步骤二中的球磨时间为36h。进一步地，步骤二中过筛时筛网目数为150目。进一步地，步骤三中的压制成型，先在200MPa下保压3分钟，再在190MPa下保压5分钟，最后再40MPa/min卸压。进一步地，步骤三中的烧结过程具体为：首先以20min升温至800℃，保温3min，接着以10min升温至1020~1040℃时保温30min；最后随炉冷却至室温。以及，一种利用上述陶瓷材料制备(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷基无铅高储能密度陶瓷材料的方法，具体步骤包括：打磨、清洗烧结试样，在打磨和清洗后的烧结试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，将涂覆银电极的试样进行烧结得到(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷基无铅高储能密度陶瓷材料。进一步地，所述(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷基无铅高储能密度陶瓷材料的烧结条件为：在580~600℃的温度下烧结10~20min。以及，由上述方法制备的(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷基无铅高储能密度陶瓷材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术方法制备的(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料，不但具有透光性和高的储能密度，而且制备工艺简单，材料成本低，绿色环保，成为替代铅基陶瓷材料用作高端工业应用材料在技术和经济上兼优的重要候选材料。本专利技术采用冷等静压和微波烧结辅助均匀化的办法，提高了BSN在NBT中的固溶度，获得了透明性高储能密度的(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷，从本质上提高陶瓷的击穿强度，以实现该体系陶瓷在较高的Eb的前提下以有效地提高Pm，以获得高的储能密度。附图说明图1是(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3体系陶瓷的XRD图谱；图2是(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷的透光率以及光学照片；图3是(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷的SEM图和EDS能谱；图4是实施例1制备的(Na0.5Bi0.5)0.9Ba0.1Ti0.9Sn0.1O3陶瓷的EDS能谱；图5是(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷的临界击穿下的电滞回线、最大极化强度、最大放电储能密度、储能效率随x变化图。具体实施方式下面对本专利技术的实施方式做进一步详细描述：一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料，其化学计量式为(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3，其中x=0.1~0.4。一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：制备纯相NBT与纯相BSN备用。按照摩尔比1:1称取BaCO3和SnO2混合形成混合物A；按照摩尔比1:1:4称取Bi2O3、Na2CO3和TiO2混合形成混合物B；Na2CO3、Bi2O3、BaCO3、TiO2、SnO2的纯度为99.0%以上。步骤二：取混合物A、B分别与锆球石及去离子水，分别按照质量比为1:5:（0.8~1）、1:5:（1~1.2）混合后，采用行星式球磨机球磨18~24h，再在85~100℃烘干20~24h、压块后，置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1‑

【技术特征摘要】
1.一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料，其特征在于，化学计量式为：(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3，x=0.1~0.4。2.一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将Na0.5Bi0.5TiO3粉体与BaSnO3粉体按照化学计量式(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3，x=0.1~0.4，混合均匀形成全配料；步骤二：将全配料进行球磨，烘干、过筛，形成过筛料；步骤三：将过筛料压制成坯体，并将制好的坯体进行烧结得到烧结陶瓷。3.根据权利要求2所述的一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤一中BaSnO3粉体由包括以下步骤的方法得到：首先按照摩尔比1:1称取BaCO3和SnO2混合形成混合物A；然后取混合物A、锆球石及去离子水按照质量比为1:5:1混合后依次进行球磨、烘干和压块，最后于1100~1200℃保温2.5~3小时，得到纯相的BSN粉体。4.根据权利要求2所述的一种透光性高储能密度(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTi(1-x)SnxO3陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤一中Na0.5Bi0.5TiO3粉体由包括以下步骤的方法得到：首先按照摩尔比1:1:4称取Na2CO3、Bi2O3和TiO2混合形成混合物B；然后取混合物B、锆球石及去离子水按照质量比为1:5:1混合后依次进行球磨、烘干、于820~840℃煅烧3~4小时，得到粉体C；取粉体C在同样的条件下再...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲永平，张磊，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61