一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法技术

本发明专利技术公开了获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法，涉及电子材料领域，包括：确定掺杂了离子的钛酸钡体系为BCyTSx，其中，x、y分别指的是BaSnO

【技术实现步骤摘要】
一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法
本专利技术涉及电子陶瓷材料领域，尤其涉及一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法。
技术介绍
铁电体是电气功能材料中的一个重要的组成部分，由于其优良的介电性能、机电性能、电卡效应，使其在电子和电气设备中得到了广泛的应用。例如储能电容器，固态冷却装置等。随着高储能密度设备和先进铁电制冷器件的迅速发展，对新型铁电材料的需求也越来越高，要求其拥有高介电常数的同时，仍保持着良好的温度稳定性以适应不稳定的环境温度，但这两种性能很难在一种材料中同时出现。高介电常数常常出现在相变温度附近，但介电常数在温度远离相变温度时迅速下降，因此这种材料的温度稳定性很差。例如BaTiO3，他的最大介电常数为10000，但只在温度接近3K时才会出现。这些使得材料的高介电性能和温度稳定性之间的相互平衡似乎很难克服。目前常用的手段来实现高介电性能和温度稳定性的平衡是使用弛豫铁电体，其结构和性能不同于常见的铁电材料，弛豫铁电体有着极性纳米区而非宏观铁电畴，并且弛豫铁电体会经历弛豫相变，这些使得其结构在本质上是分散的，因此其拥有一个很宽的介电常数峰，这个峰跨过了弛豫相变，这使得弛豫铁电体有着良好的温度稳定性。然而，由于铁电体的性质，在提升温度稳定性的同时，介电常数值势必会有所下降，这种情况常见于Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，(Ba，Ca)(Ti，Hf)O3，K0.5Na0.5NbO3-BaTiO3体系中。另外一种巨介电常数的材料似乎解决了高介电常数和温度稳定性这一问题，但这一材料的介电损耗高(10-300％)，击穿场强低(1-8KV/cm)，这使得其很难在储能材料和电热材料中进行应用。因此，目前缺少一种有效的材料，在拥有宽温域高介电常数的同时能够在工业领域进行使用。最近，有研究表明弛豫型钛酸钡基陶瓷材料在极性纳米区中拥有单斜相、正交相和菱形相，这些会使得这种材料具有多种优良的性质，然而多相共存点和弛豫相变点处于相对变化状态，因此本领域技术人员考虑在弛豫型铁电陶瓷材料中找到多相共存点和弛豫相变点的并存区域(三弛豫态)，使得陶瓷材料拥有宽温域和高介电常数。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法，使得陶瓷材料拥有宽温域和高介电常数。为实现上述目的，本专利技术提供了一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法，S100、确定掺杂了离子的钛酸钡体系为(Ba1-yCay)(Ti1-xSnx)O3(BCyTSx)，其中，x、y分别指的是BaSnO3、CaTiO3所占(Ba1-yCay)(Ti1-xSnx)O3整体的物质的量的百分比；S200、按所述掺杂离子百分比从小到大的顺序设计三弛豫态钛酸钡系陶瓷材料；S300、制备所述钛酸钡系陶瓷材料并进行Curie-Weiss拟合；S400、对所述钛酸钡系陶瓷材料进行分析，找到样品的单斜相、正交相和菱形相的多相共存区域，当有样品同时具备弛豫特性和多相共存区域，此时对应弛豫相变点和三临界点的铁电陶瓷组成成分即为三弛豫态铁电陶瓷材料。本专利技术还提供了一种上述步骤S300中所述的钛酸钡系陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1001、称量BaCO3、TiO2、CaCO3、SnO2粉末并使用介质混合后球磨得到第一浆料；S2001、将所述第一浆料烘干后过筛，将得到的混合粉末烧结得到合成第一粉料；S3001、将所第一述粉料过筛后球磨后得到第二浆料；S4001、将所述第二浆料烘干过筛后加入PVA胶获得粒径在60-100目之间的第二粉料，并使用压片机将所述第二粉料压成粗坯；S5001、将所述粗坯烧结得到钛酸钡基陶瓷样品。与现有技术相比，本专利技术的技术优势在于：(1)本专利技术提出了一种获得三弛豫态铁电陶瓷的方法，该铁电陶瓷可以在保持良好介电性能的同时改善其温度稳定性，因而可将这种方法应用于电容器等电子器件的介电性能优化中，并且在宽温域、高介电常数材料研发中有极好的适用性；(2)本专利技术步骤简单，易于操作，且在铁电陶瓷材料领域具有普遍性。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例制备的钛酸钡系陶瓷材料的Curie-Weiss拟合线形图；图2是本专利技术的一个较佳实施例制备的钛酸钡系陶瓷材料在不同掺杂离子浓度样品的弛豫特性和晶相组成图；图3是本专利技术的一个较佳实施例制备的三弛豫态钛酸钡陶瓷材料介电常数εr随温度T的变化关系。具体实施方式本专利技术提供了一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法，包括步骤：S100、确定掺杂了离子的钛酸钡体系为(Ba1-yCay)(Ti1-xSnx)O3，简称BCyTSx，其中，x、y分别指的是BaSnO3、CaTiO3所占(Ba1-yCay)(Ti1-xSnx)O3整体的物质的量的百分比；S200、按掺杂离子百分比从小到大的顺序设计三弛豫态钛酸钡系陶瓷材料；S300、制备钛酸钡系陶瓷材料并进行Curie-Weiss拟合；S400、对钛酸钡系陶瓷材料进行分析，找到样品的单斜相、正交相和菱形相的多相共存区域，当有样品同时具备弛豫特性和多相共存区域，此时对应弛豫相变点和三临界点的铁电陶瓷组成成分即为三弛豫态铁电陶瓷材料。一方面，本专利技术提出了一种获得三弛豫态铁电陶瓷的方法，该铁电陶瓷可以在保持良好介电性能的同时改善其温度稳定性，因而可将这种方法应用于电容器等电子器件的介电性能优化中，并且在宽温域、高介电常数材料研发中有极好的适用性；另一方面，本专利技术的方法步骤简单，易于操作，且在铁电陶瓷材料领域具有普遍性。在一个较佳的实施例中，步骤S200中所述掺杂离子为以下任一：Sn4+、Ca2+、Zr4+、La3+、Mg2+、Hf4+。在一个较佳的实施例中，步骤S300中钛酸钡系陶瓷材料的制备包括以下步骤：S1001、称量BaCO3、TiO2、CaCO3、SnO2粉末并使用介质混合后球磨得到第一浆料；S2001、将所述第一浆料烘干后过筛，将得到的混合粉末烧结得到合成第一粉料，这一步的烧结是预烧结，可以使得最终样品的成分比较均匀；S3001、将所第一述粉料过筛后球磨后得到第二浆料；S4001、将所述第二浆料烘干过筛后加入PVA胶获得粒径在60-100目之间的第二粉料，并使用压片机将所述第二粉料压成粗坯；S5001、将所述粗坯烧结得到钛酸钡基陶瓷样品。本专利技术中烧结温度均是通过实验结合理论所得，烧结温度过低时，样品烧结不充分，点缺陷浓度会增大，晶格常数会随之变大，介电性能下降。烧结温度过高时，会由于晶界移动速度加快而使一些晶粒的生长速率明显高于其他晶粒，在样品中出现过烧现象，导致晶粒与晶界间相互作用出现异常，介电性能下降，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法，所述方法包括步骤：/nS100、确定掺杂了离子的钛酸钡体系为(Ba

【技术特征摘要】
1.一种获得宽温域高介电常数的三弛豫态铁电陶瓷的方法，所述方法包括步骤：
S100、确定掺杂了离子的钛酸钡体系为(Ba1-yCay)(Ti1-xSnx)O3，其中，x、y分别指的是BaSnO3、CaTiO3所占(Ba1-yCay)(Ti1-xSnx)O3整体的物质的量的百分比；
S200、按所述掺杂离子百分比从小到大的顺序设计三弛豫态钛酸钡系陶瓷材料；
S300、制备所述钛酸钡系陶瓷材料并进行Curie-Weiss拟合；
S400、对所述钛酸钡系陶瓷材料进行分析，找到样品的单斜相、正交相和菱形相的多相共存区域，当有样品同时具备弛豫特性和多相共存区域，此时对应弛豫相变点和三临界点的铁电陶瓷组成成分即为三弛豫态铁电陶瓷材料。


2.如权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤S200中所述掺杂离子为以下任一：Sn4+、Ca2+、Zr4+、La3+、Mg2+、Hf4+。


3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤S300中所述制备包括以下步骤：
S1001、称量BaCO3、TiO2、CaCO3、SnO2粉末并使用介质混...

【专利技术属性】
技术研发人员：高景晖，王妍，徐靖喆，刘泳斌，钟力生，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61