一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法，属于电容器材料制备技术领域。本发明专利技术的耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料化学组成为0.65(Ba

A high energy storage density barium titanate based relaxor ferroelectric ceramic material with high electric field resistance and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于电容器材料制备
，具体涉及一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
电容器因为其具有较大的功率密度而被广泛应用于通讯设备、工业仪器电源、武器等脉冲领域，其中以陶瓷介质为典型代表的无机介质电容器因结构简单、耐高温、耐腐蚀、价格低廉和制备工艺简单而备受关注；而以钛酸钡为典型代表的铁电体陶瓷，因为较高的饱和极化值和相对介电常数使其成为极具潜力的基体陶瓷，但是由于铁电体陶瓷普遍存在剩余极化、矫顽场较大，有效储能密度和储能效率较低的缺点而受到限制。现阶段经常通过掺杂改性等方法将钛酸钡这一类铁电体陶瓷转变成弛豫铁电体陶瓷，已达到提高储能效率和有效储能密度的目的，从应用的角度而言，使其能够承受较高的电场强度，并且较高的储能效率可以保持在较高水平上的弛豫铁电体陶瓷具有更好的使用价值。故钛酸钡基弛豫铁电体陶瓷可耐高电场从而获得高储能密度和储能效率成为研究重点。因此，需要对一种耐高电场的高储能密度的弛豫铁电陶瓷材料及其相应的制备方法进行研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料；本专利技术的目的之二在于提供一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料，所述该弛豫铁电陶瓷材料的化学组成式为0.65(Ba0.98Li0.04)Ti0.98O3-0.35(Sr0.7Bi0.2)TiO3。优选的，所述弛豫铁电陶瓷材料在340kV/cm电场下室温总储能密度为3.43J/cm3，有效储能密度为2.43J/cm3；在10～340kV/cm之间的储能效率≥70％。2、上述弛豫铁电陶瓷材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)按7:2:10的摩尔比，将SrCO3、Bi2O3和TiO2混合后球磨得到混合料，烘干、研磨、过筛后于950℃下进行预烧，保温3h后冷却至室温，再次球磨得到(Sr0.7Bi0.2)TiO3；(2)按1:1的摩尔比，将BaCO3与TiO2混合后球磨得到混合料，烘干、研磨、过筛后于1000℃下进行预烧，保温4h后冷却至室温，再次球磨得到BaTiO3；(3)按637:26:350的摩尔比，将步骤(1)制备的(Sr0.7Bi0.2)TiO3、步骤(2)制备的BaTO3和Li2CO3混合后球磨得到混合料，将烘干、研磨、过筛后，加入聚乙烯醇水溶液，混合均匀后，过筛取60目的粉料；(4)将步骤(3)处理得到的粉料静置后，压制成圆柱状坯件，然后煅烧排胶形成坯体；(5)将步骤(4)中排胶后的坯体在1200℃下烧结处理，冷却至室温，得陶瓷片；(6)将步骤(5)中得到的陶瓷片依次进行打磨、抛光、晾干处理后，在所述陶瓷片的上表面和下表面涂覆银浆，升温至600～800℃后保温处理10min，再冷却至室温，即可得到耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷。优选的，所述球磨时加入无水乙醇和氧化锆球，所述球磨的时间不少于24h，所述球磨时的转速为270～330r/min。优选的，所述球磨时加入的无水乙醇与参与球磨的原料的体积比为2:1。优选的，所述球磨时加入的氧化锆球与参与球磨的原料的体积比为3:2。优选的，所述氧化锆球有直径为10mm和直径为5mm的氧化锆球按照1:2的个数比组成。优选的，步骤(3)中所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量百分数为8％。优选的，步骤(4)中所述静置的时间为24～36h。优选的，步骤(4)中所述压制成圆柱状坯件的具体方法为：将静置后的粉料放入直径为10mm的不锈钢模具中，利用单轴压片机在3MPa压力下预压塑型，将预压后的圆柱状坯件真空封装后利用液压机在30MPa压力下压制即可。优选的，步骤(4)中所述煅烧排胶的具体方法为:将所述圆柱状坯件置于马弗炉中，升温至600℃后保温2h即可。优选的，步骤(5)所述烧结时采用带盖的坩埚为容器，用同类粉料作埋料；所述烧结处理的时间为1h。优选的，所述同类粉料为(Sr0.7Bi0.2)TiO3、BaTO3、Li2CO3和聚乙烯醇形成的混合物，所述(Sr0.7Bi0.2)TiO3、BaTO3和Li2CO3的摩尔比为637:26:350。优选的，步骤(6)中所述打磨、抛光后的陶瓷片的厚度为0.1～0.2mm。优选的，所述SrCO3、Bi2O3、TiO2和BaCO3的纯度不低于99％。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术公开的耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料，化学组成为0.65(Ba0.98Li0.04)Ti0.98O3-0.35(Sr0.7Bi0.2)TiO3。该陶瓷材料可以在较低的温度下采用固相反应法制备合成，其在室温下可耐高电场而具有高储能密度；并且该耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料在340kV/cm电场下室温总储能密度为3.43J/cm3，有效储能密度为2.43J/cm3；在10～340kV/cm之间的储能效率>70％。2、本专利技术还公开了上述耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料的制备方法，在较低的温度下采用固相合成，具有操作简单、对设备要求低的特点，同时能够在保证产物具有高的介电常数的同时采用相对较低(1200℃以下)的烧结温度，整个制备方法的反应条件易控，重复性好。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为实施例1中0.65(Ba0.98Li0.04)Ti0.98O3-0.35(Sr0.7Bi0.2)TiO3材料在室温下的耐电场强度测试结果图；图2为实施例1中0.65(Ba0.98Li0.04)Ti0.98O3-0.35(Sr0.7Bi0.2)TiO3材料不同电场强度下的室温电滞回线图；图3为实施例1中0.65(Ba0.98Li0.04)Ti0.98O3-0.35(Sr0.7Bi0.2)TiO3材料室温下的总储能密度、有效储能密度与储能效率随电场强度的变化图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，所述该弛豫铁电陶瓷材料的化学组成式为0.65(Ba

【技术特征摘要】
1.一种耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，所述该弛豫铁电陶瓷材料的化学组成式为0.65(Ba0.98Li0.04)Ti0.98O3-0.35(Sr0.7Bi0.2)TiO3。


2.权利要求1所述弛豫铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按7:2:10的摩尔比，将SrCO3、Bi2O3和TiO2混合后球磨得到混合料，烘干、研磨、过筛后于950℃下进行预烧，保温3h后冷却至室温，再次球磨得到(Sr0.7Bi0.2)TiO3；
(2)按1:1的摩尔比，将BaCO3与TiO2混合后球磨得到混合料，烘干、研磨、过筛后于1000℃下进行预烧，保温4h后冷却至室温，再次球磨得到BaTiO3；
(3)按637:26:350的摩尔比，将步骤(1)制备的(Sr0.7Bi0.2)TiO3、步骤(2)制备的BaTO3和Li2CO3混合后球磨得到混合料，将烘干、研磨、过筛后，加入聚乙烯醇水溶液，混合均匀后，过筛取60目的粉料；
(4)将步骤(3)处理得到的粉料静置后，压制成圆柱状坯件，然后煅烧排胶形成坯体；
(5)将步骤(4)中排胶后的坯体在1200℃下烧结处理，冷却至室温，得陶瓷片；
(6)将步骤(5)中得到的陶瓷片依次进行打磨、抛光、晾干处理后，在所述陶瓷片的上表面和下表面涂覆银浆，升温至600～800℃后保温处理10min，再冷却至室温，即可得到耐高电场的高储能密度钛酸钡基弛豫铁电陶瓷。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岗，李洋，严岩，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50