一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电介质材料技术领域，公开一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷及其制备方法和应用。所述陶瓷的分子式为Pb

【技术实现步骤摘要】
一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术属电介质材料
，具体地，涉及一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人类科技的发展，电子技术在生活中的应用越来越多，对电子器件所用材料提出的要求也随之越来越高，制备出性能优异的材料是我们材料工作者的共同目标。目前，广泛使用的电容器向高储能、小型化的方向发展。典型的储能系统主要包括超级电容器、锂离子电池，介质电容器等。相对于超级电容器和锂离子电池而言，陶瓷电容器因具有耐高压和超高的功率密度的特点而受到重视，可用于大功率武器、新能源汽车的功率储能和脉冲电容器等。但陶瓷电容器在储能密度方面存在偏低的缺点，因此，提高其能量密度，进而达到小型化，一直是研究者们努力的方向。反铁电体是一种重要的电介质材料，因为其相对其他电介质材料较高的储能密度近年来受到了很多科研工作者的重视。反铁电材料的本征特性是晶格中偶极子成对地按反平行方向排列，因此无自发极化，且总电矩为零。反铁电陶瓷的另外一个重要特征是具有双电滞回线。在外电场较低时，反铁电陶瓷与线性介质一样，极化强度与电场呈线性关系。当电场升高至一定数值后，反铁电材料晶胞内部与电场方向相反的部分偶极子在电场作用下开始发生反转，同时这部分反铁电晶胞也转变成铁电晶胞，发生相变，材料的极化强度和介电常数随电场增大而增大。在正向转向电场附近，材料的极化强度突然增大，介电常数出现峰值,反铁电相转变为铁电相。之后，电场继续增大，材料的极化强度逐渐饱和，介电常数随电场增大而减小。电场撤去时，材料的极化强度随电场减小而减小，在反向转折电场附近突然减小，介电常数又出现峰值,材料由铁电相又回到反铁电相。电场降到零时，反铁电陶瓷的极化强度降为零。由于介电常数在一定电场下随电场增大而增大，故反铁电陶瓷的储能密度最高，成为脉冲电容器应用中十分重要的候选材料。大量的文献表明，目前有很多的方法可以用来增加击穿场强，比如热压烧结，辊压成型和添加玻璃相等，但是真正能够增加极化强度的方法却不多，尤其是从材料的成分本身出发。在过去的很长时间，对锆酸铅块陶的研究主要集中在掺杂Ti上，但是因为其相对较低的转变电场和极化强度，储能效率一直不高。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺点和不足之处，本专利技术首要目的在于提供一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷。该反铁电陶瓷通过掺杂Sn元素，调节Zr与Sn的比例，在室温下使其发生二次铁电相转变，从而实现储能密度的第二次飞跃。本专利技术的另一目的在于提供上述锆锡酸镧铅反铁电陶瓷的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述锆锡酸镧铅反铁电陶瓷的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷，所述陶瓷的分子式为Pb0.97La0.02(ZrxSn1-x)O3，其中，x＝0.45～0.6，所述陶瓷是按照化学计量比将PbO、La2O3、ZrO2、SnO2混合加入乙醇进行球磨混合；将球磨后的粉烘干、过筛制得陶瓷粉末；将陶瓷粉末在880～980℃预烧，然后将所得粉体加入乙醇进行二次球磨，将球磨后的粉烘干、过筛制得陶瓷粉体；将所得的陶瓷粉体加入粘结剂研磨均匀后，在压力为8～10MPa压成陶瓷生坯；将陶瓷生坯在压力45～55MPa保压，在550～600℃排胶，然后在1225～1230℃烧结制得。优选地，所述PbO、La2O3、ZrO2、SnO2的摩尔比为(0.97～1.03)：0.02：(0.45～0.6)：(0.4～0.55)。优选地，所述球磨介质为二氧化锆球，所述球磨的速率为240～260rmp，所述球磨的时间为20～26h。优选地，所述粘结剂为PVB或PVA。优选地，所述陶瓷粉体和粘结剂的质量比为(9～11)：(0.9～1.1)。优选地，所述烘干的温度为40～70℃，所述烘干的时间为10～24h。优选地，所述在880～980℃预烧的时间为2～3h。优选地，所述保压的时间为5～7min，所述排胶的时间为3.5～4.5h，所述烧结的时间为25～35min。所述的锆锡酸镧铅反铁电陶瓷的制备方法，包括如下具体步骤：S1.按照化学计量比将PbO、La2O3、ZrO2、SnO2混合加入乙醇进行球磨混合；将球磨后的粉烘干、过筛制得陶瓷粉末；S2.将陶瓷粉末在880～980℃预烧，然后将所得粉体加入乙醇进行二次球磨，将球磨后的粉烘干、过筛制得陶瓷粉体；S3.将所得的陶瓷粉体加入粘结剂研磨均匀后，在压力为8～10MPa压成陶瓷生坯；将陶瓷生坯在压力45～55MPa保压，在550～600℃排胶，然后在1225～1230℃烧结，制得锆锡酸镧铅反铁电陶瓷。所述的锆锡酸镧铅反铁电陶瓷在电介质领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术通过对锆锡酸镧铅反铁电陶瓷(PLZS)中的Zr/Sn比例进行调谐，得到同时具有高储能密度和高储能效率的PLZS反铁电陶瓷，可以在室温下获得第二次铁电相变。2.本专利技术通过固相反应法制备了正交晶相反铁电体陶瓷Pb0.97La0.02(ZrxSn1-x)0.995O3(x＝0.45～0.6)。该陶瓷具有较高的能量密度，在室温条件下(Pb0.98La0.02)(Zr0.6Sn0.4)0.995O3的可循环储能密度为5.75～6.75J/cm3，储能效率为76～82％。3.本专利技术制备方法简单，经过冷等静压制得陶瓷生坯，可以提高致密度，适合工业大批量生产。附图说明图1为实施例1-4中900℃煅烧2h的(a)Pb0.97La0.02(ZrxSn1-x)O3(PLZS)陶瓷粉体，(b)40-45°的局部的XRD图。图2为实施例1-4中PLZS陶瓷在1225℃下烧结30min的SEM照片。图3为实施例4中PLZS陶瓷的FESEM-EDS图。图4为实施例4中PLZS陶瓷在不同频率下的介电常数曲线和损耗随温度的变化关系。图5为实施例1-4中PLZS陶瓷在室温下的磁滞回线。图6为实施例4中(a)PLZS陶瓷在不同电场下的磁滞回线；(b)PLZS陶瓷在不同场强下的可循环储能密度、总储能密度和储能效率之间的关系。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。本专利技术实施例中采用PbO、La2O3、ZrO2、SnO2均购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。实施例11.按照化学计量比PbO(过量5wt％PbO)、La2O3、ZrO2、SnO2置于尼龙球磨罐(250mL)，球磨介质为二氧化锆球(球直径为3mm和5mm，质量比约1：1)；采用普通行星球磨机球磨，加入乙醇，转速设定250rmp，球磨时间为24h。2.将球磨后的粉置于烘箱，在60℃烘干10h，分别过40目和80目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的分子式为Pb

【技术特征摘要】
1.一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的分子式为Pb0.97La0.02(ZrxSn1-x)O3，其中，x＝0.45～0.6，所述陶瓷是按照化学计量比将PbO、La2O3、ZrO2、SnO2混合加入乙醇进行球磨混合；将球磨后的粉烘干、过筛制得陶瓷粉末；将陶瓷粉末在880～980℃预烧，然后将所得粉体加入乙醇进行二次球磨，将球磨后的粉烘干、过筛制得陶瓷粉体；将所得的陶瓷粉体加入粘结剂研磨均匀后，压力为8～10MPa压成陶瓷生坯；将陶瓷生坯在压力45～55MPa保压，在550～600℃排胶，然后在1225～1230℃烧结制得。


2.根据权利要求1所述的锆锡酸镧铅反铁电陶瓷，其特征在于，所述PbO、La2O3、ZrO2、SnO2的摩尔比为(0.97～1.03)：0.02：(0.45～0.6)：(0.4～0.55)。


3.根据权利要求1所述的锆锡酸镧铅反铁电陶瓷，其特征在于，所述球磨介质为二氧化锆球，所述球磨的速率为240～260rmp，所述球磨的时间为20～26h。


4.根据权利要求1所述的锆锡酸镧铅反铁电陶瓷，其特征在于，所述粘结剂为PVB或PVA。


5.根据权利要求1所述的锆锡酸镧铅反铁电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷粉体和粘结剂的质量比为(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁圣国，赵鹏飞，王世斌，袁诗嘉，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44