本发明专利技术公开了一种微量二氧化锆添加ST‑NBT储能陶瓷及其制备方法，按照化学计量式称取原料混合均匀形成全配料；将全配料依次进行球磨、烘干、研磨、过筛，形成过筛料；将过筛料压制成试样，并对试样进行烧结；在烧结好的试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，烧结得微量二氧化锆添加ST‑NBT储能陶瓷。本发明专利技术方法制得的储能陶瓷具有高的储能密度，绿色环保，有可能成为替代铅基储能电容器材料的重要候选材料。
【技术实现步骤摘要】
一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷电容器材料领域，具体涉及一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷及其制备方法。
技术介绍
目前电能储存在移动领域扮演着重要的角色，电子设备，混合动力电动车辆和脉冲功率技术等[1,2]。([1]G.Z.Zhang,D.Y.Zhu,X.S.Zhang,L.Zhang,J.Q.Yi,B.Xie,Y.K.Zeng,Q.Li,Q.Wang,S.L.Jiang,High-energystorageperformanceof(Pb0.87Ba0.1La0.02)(Zr0.68Sn0.24Ti0.08)O3antiferroelectricceramicsfabricatedbythehot-presssinteringmethod,J.Am.Ceram.Soc.98(2015)1175–1181.[2]G.R.Love,Energy-storageinceramicdielectrics,J.Am.Ceram.Soc.73(1990)323–328.)对于实际应用而言，基于储能的设备可以在温度波动的各种条件下运行。因此，非常希望能量储存材料可以在很宽的温度范围内有效地工作以保证设备的可靠性。此外，还有一些极端的情况需要应用高温以及低温的储能材料。另外，高能量密度和高性能器件的高充放电效率也是非常需要的。作为量子顺电体，SrTiO3(ST)陶瓷具有较高的介电常数(～290)，低介电损耗(＜0.01)，高击穿强度(～200kV/cm)和良好的偏置稳定性，广泛地应用于高能量储存电介质。众所周知，储能密度随着介电常数线性增长，并与击穿强度(BDS)呈二次方关系。很多方法通过增强介电常数和/或BDS来提高能量存储密度。虽然其他离子半径大或小的阳离子可以掺杂增加ST基陶瓷的介电常数等如Ba2+，Mn2+，Bi3+和三价稀土(RE3+)，BDS因结构变化而急剧下降增加缺陷。众所周知，高的BDS使得更多对能量密度的显着贡献。通常BDS主要受多种因素影响，如孔隙度，晶粒尺寸，第二相，温度，电荷注入和界面极化。但是，储能密度都没有被明显地提高。为了进一步提高储能密度，其中，添加剂的使用是最简单和最有效的方法。在不明显地降低介电常数的前提下，有效地增大BDS，从而有效地提高储能密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术方法操作简单，重复性高，适合工业化规模生产；经本专利技术方法制得的ZrO2添加0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3储能陶瓷具有高的储能密度，绿色环保，有可能成为替代铅基储能电容器材料的重要候选材料。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷，所述的微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的化学式为：(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2，x＝0.1～0.6mol％。一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤一：按照化学计量式(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2，x＝0.1～0.6mol％，取SrTiO3粉体、Na0.5Bi0.5TiO3粉体和ZrO2粉体混合均匀形成全配料；步骤二：将全配料依次进行球磨、烘干、研磨、过筛，形成过筛料；步骤三：将过筛料压制成试样，并对试样进行烧结；步骤四：在烧结好的试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，烧结得微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷。进一步地，步骤一中SrTiO3粉体的制备步骤包括：首先按照摩尔比1:1称取SrCO3和TiO2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1:2:(0.8～1.5)混合后依次进行球磨、烘干和压块，最后于1150～1180℃保温3～4小时，得到纯相的SrTiO3粉体。进一步地，步骤一中Na0.5Bi0.5TiO3粉体的制备步骤包括：首先按照摩尔比1:1:4称取Bi2O3、Na2CO3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1:2:(1～2)混合后依次进行球磨、烘干和压块，最后于840～850℃保温4～4.5小时，得到纯相的Na0.5Bi0.5TiO3粉体。进一步地，球磨均是在行星式球磨机中球磨18～24h；烘干均是在85～100℃烘干24～26h。进一步地，步骤二中过筛时所用筛网为200目筛。进一步地，步骤三中试样烧结过程为：首先以2～3℃/min升温至300℃，再以3～4℃/min升温至500～520℃，接着以5～7℃/min升温至1330～1340℃时保温3～4小时；之后，以3～5℃/min降温至1000℃，再以5～7℃/min降温至500～520℃，最后随炉冷却至室温。进一步地，步骤四中烧结具体为在500～600℃保温20～25min。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术采用固相法，通过ZrO2添加0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3储能陶瓷，随着ZrO2添加量的增加，使陶瓷击穿场强提高，达到击穿场强和极化强度的最佳配比；本专利技术采用高纯的原料，极大程度控制粒径的大小；严格控制原料物质的量的比即可避免第二相的产生；本专利技术具有成本低、产量大、制备工艺简单等优点，适用于工业生产。本专利技术方法制备的无铅高储能密度陶瓷材料不但制备工艺简单，材料成本低，而且具有较饱和的电滞回线、高的储能密度，对替代铅基储能陶瓷材料成为陶瓷电容器在技术和经济上兼优的重要候选材料。进一步地，本专利技术球磨采用去离子水，从而避免了水引入的杂质；采用湿式球磨，以达到充分磨细、均匀。附图说明图1是本专利技术制得的(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2陶瓷的XRD图谱；图2(a)是本专利技术制得的(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2陶瓷的介电常数随温度变化图谱；图2(b)是本专利技术制得的(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2陶瓷的介电损耗随温度变化图谱；图3是本专利技术制得的(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2陶瓷的Tm和εm随x变化曲线；图4是本专利技术制得的(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2陶瓷样品在20kV/mm、10Hz下的电滞回线；图5储能原理示意图。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：一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷，所述的微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的化学式为：(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2，x＝0.1～0.6mol％。一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤一：按照化学计量式(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2，x＝0.1～0.6mol％，取SrTiO3粉体、Na0.5Bi0.5TiO3粉体和ZrO2粉体混合均匀形成全配料，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微量二氧化锆添加ST‑NBT储能陶瓷，其特征在于，所述的微量二氧化锆添加ST‑NBT储能陶瓷的化学式为：(1‑x)(0.6SrTiO3‑0.4Na0.5Bi0.5TiO3)‑xZrO2，x＝0.1～0.6mol％。
【技术特征摘要】
1.一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷，其特征在于，所述的微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的化学式为：(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2，x＝0.1～0.6mol％。2.一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：按照化学计量式(1-x)(0.6SrTiO3-0.4Na0.5Bi0.5TiO3)-xZrO2，x＝0.1～0.6mol％，取SrTiO3粉体、Na0.5Bi0.5TiO3粉体和ZrO2粉体混合均匀形成全配料；步骤二：将全配料依次进行球磨、烘干、研磨、过筛，形成过筛料；步骤三：将过筛料压制成试样，并对试样进行烧结；步骤四：在烧结好的试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，烧结得微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷。3.根据权利要求2所述的一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤一中SrTiO3粉体的制备步骤包括：首先按照摩尔比1:1称取SrCO3和TiO2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1:2:(0.8～1.5)混合后依次进行球磨、烘干和压块，最后于1150～1180℃保温3～4小时，得到纯相的SrTiO3粉体。4.根据权利要求2所述的一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒲永平，崔晨薇，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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