本发明专利技术公开了一种BT‑KBT‑NN基高储能密度陶瓷及其制备方法，首先制备BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体；其次将BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体按照化学式(1‑x)(0.92BaTiO3‑0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)‑xNaNbO3配料，其中x为0.02‑0.08，x为摩尔百分数，混合均匀后烘干，然后压片、成型后得到混合料片；然后将混合料片进行烧结，即得到BT‑KBT‑NN基高储能密度陶瓷。
A BT-KBT-NN based high energy storage ceramic and its preparation method
The invention discloses a BT KBT NN base high energy storage density ceramic and its preparation method. First, the BT prefired powder, the KBT prefired powder and the NN prefired powder are prepared. Secondly, the BT prefired powder, the KBT prefired powder and the NN prefired powder are batching according to the chemical formula (1 0.92BaTiO3 x) (0.92BaTiO3 0.08 (K0.5Bi0.5)). 8, X is the percentage of mole, and then dried after mixing, then the mixture is pressed and formed. Then the mixture is sintered to get BT KBT NN base high energy density ceramics.
【技术实现步骤摘要】
一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷及其制备方法
本专利技术属于储能材料制备
，具体涉及一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷及其制备方法。
技术介绍
电容器作为一种重要的储能器件，是电子设备中大量使用的电子元器件之一。而陶瓷电容器具有使用温度范围宽、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。电容储能容易保持，不需要超导体。电容储能还有很重要的一点就是能够提供瞬间大功率，非常适合于激光器，闪光灯等应用场合。电容器储存的能量大小由其尺寸和介质材料的储能密度决定。为了减小其尺寸，提高其能量的存储量，开发具有高储能密度的陶瓷介质材料可以有效解决这一问题。陶瓷电容器具有使用温度范围宽、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。其中铁电陶瓷材料具有介电常数大，非线性效应强等优点，单位体积铁电陶瓷材料的储能密度J可由下式计算：J＝∫EdP其中P为极化强度，E为其击穿强度。铁电陶瓷材料的储能密度由其最小极化强度(Pr)、最大极化强度(Pm)和击穿强度(Eb)共同决定。被广泛研究的Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷的储能密度仅仅为～0.37J/cm3，储能密度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术制得的陶瓷材料储能密度高达1.96J/cm3，并且制备方法简单，易于实现。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷，所述BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的化学式为(1-x)(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-xNaNbO3，其中x为0.04-0.08，x为摩尔百分数。一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤一：制备BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体；步骤二：将BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体按照化学式(1-x)(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-xNaNbO3配料，其中x为0.04-0.08，x为摩尔百分数，混合均匀后烘干，然后压片、成型后得到混合料片；步骤三：将混合料片进行烧结，即得到BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷。进一步地，步骤一中BT预烧粉体通过以下方法制得：按照化学式BaTiO3，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得BT预烧粉体。进一步地，步骤一中KBT预烧粉体通过以下方法制得：按照化学式K0.5Bi0.5TiO3，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得KBT预烧粉体。进一步地，步骤一中NN预烧粉体通过以下方法制得：按照化学式NaNbO3，将碳酸钠和五氧化二铌混合均匀后在850℃下保温2h，制得NN预烧粉体。进一步地，步骤二中采用球磨将BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体混合均匀。进一步地，球磨时间为6-8h。进一步地，步骤二中烘干的温度为75℃-90℃。进一步地，步骤三中烧结温度为1130-1160℃，烧结时间为2-4h。进一步地，步骤三得到的BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷储能密度为1.35J/cm3-1.96J/cm3。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3具有较高的最大极化强度(Pm～42.52μC/cm3)，但是其剩余极化强度较高(Pr～36.71μC/cm3)，使其具有较低的储能密度(0.46J/cm3)，因此本专利技术通过添加铌酸钠来降低其剩余极化强度，从而制得高储能密度陶瓷材料。由于铌酸钠是一种典型的反铁电体，具有较低的剩余极化强度，加入0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3后可以破坏铁电材料的长程有序极化，减弱材料的铁电性，从而可以有效降低其剩余极化强度。因此，本专利技术向0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3添加适量的NaNbO3来降低其剩余极化强度，从而获得具有高储能密度的铁电陶瓷材料。本专利技术方法以碳酸钡，碳酸钾，碳酸钠，氧化铋，二氧化钛和五氧化二铌为原料，采用固相法，制备(1-x)(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-xNaNbO3陶瓷材料的储能密度可高达1.96J/cm3。本专利技术的制备方法设备简单、操作简单、成本低、可大规模生产，为大规模、低成本制备高储能密度陶瓷材料提供了基础。附图说明图1是实施例1的陶瓷材料的电滞回线图。图2是实施例6的陶瓷材料的电滞回线图。图3是实施例9的陶瓷材料的电滞回线图。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BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷，所述BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的化学式为(1-x)(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-xNaNbO3，其中x为0.04-0.08，x为摩尔百分数。一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤一：制备BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体；其中，BT预烧粉体通过以下方法制得：按照化学式BaTiO3，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得BT预烧粉体；KBT预烧粉体通过以下方法制得：按照化学式K0.5Bi0.5TiO3，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得KBT预烧粉体；NN预烧粉体通过以下方法制得：按照化学式NaNbO3，将碳酸钠和五氧化二铌混合均匀后在850℃下保温2h，制得NN预烧粉体；步骤二：将BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体按照化学式(1-x)(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-xNaNbO3配料，其中x为0.04-0.08，x为摩尔百分数，采用球磨混合6-8h后在75℃-90℃温度下烘干，然后压片、成型后得到混合料片；步骤三：将混合料片进行烧结，烧结温度为1130-1160℃，烧结时间为2-4h，即得到BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷，得到的BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷储能密度为1.35J/cm3-1.96J/cm3。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述：实施例11)按照化学式BaTiO3(BT)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得BT预烧粉体。2)按照化学式K0.5Bi0.5TiO3(KBT)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得KBT预烧粉体。3)按照化学式NaNbO3(NN)，将碳酸钠和五氧化二铌混合均匀后在850℃下保温2h，制得NN预烧粉体。4)将BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体按照化学式0.96(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-0.04NaNbO3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1160℃下保温2h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。实施例21)按照化学式BaTiO3(BT)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得BT预烧粉体。2)按照化学式K0.5Bi0.5TiO3(KBT)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得KBT预烧粉体。3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种BT‑KBT‑NN基高储能密度陶瓷，其特征在于，所述BT‑KBT‑NN基高储能密度陶瓷的化学式为(1‑x)(0.92BaTiO3‑0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)‑xNaNbO3，其中x为0.04‑0.08，x为摩尔百分数。
【技术特征摘要】
1.一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷，其特征在于，所述BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的化学式为(1-x)(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-xNaNbO3，其中x为0.04-0.08，x为摩尔百分数。2.一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：制备BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体；步骤二：将BT预烧粉体、KBT预烧粉体和NN预烧粉体按照化学式(1-x)(0.92BaTiO3-0.08(K0.5Bi0.5)TiO3)-xNaNbO3配料，其中x为0.04-0.08，x为摩尔百分数，混合均匀后烘干，然后压片、成型后得到混合料片；步骤三：将混合料片进行烧结，即得到BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷。3.根据权利要求2所述的一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤一中BT预烧粉体通过以下方法制得：按照化学式BaTiO3，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得BT预烧粉体。4.根据权利要求2所述的一种BT-KBT-NN基高储能密度陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤一中KBT预烧粉体通过以下方法制得：按照...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒲永平，万晶，
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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