一种BCZT基储能陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种BCZT基储能陶瓷材料及其制备方法，属于功能陶瓷领域。该材料的配方为(Ba

【技术实现步骤摘要】
一种BCZT基储能陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于功能陶瓷
，尤其涉及一种BCZT基储能陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
电容器是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。高储能密度陶瓷是制作小型、大容量电容器的关键材料，由于其充放电速度快、抗循环老化能力强等优点，在电动汽车、高功率电子器件、脉冲功率电源、新能源及智能电网系统等领域均有着非常广阔的前景。储能介质陶瓷材料主要有线性陶瓷、铁电陶瓷和反铁电陶瓷三类。线性陶瓷介电常数几乎不随电场变化，具有低场下线性可逆、可重复多次充放电、击穿场强大等优点，但由于其介电常数较小。铁电陶瓷具有自发极化，在无外加电场时具有很高的介电常数，而在电场作用下，铁电陶瓷介电常数随电场增加而降低，并且其击穿场强通常不高，导致陶瓷在高场下储能密度并不大，并且铁电陶瓷的介质损耗较大，温度和频率的稳定性较差。反铁电体在中低电场就能达到较高的储能密度，但是反铁电-铁电相变引起的体积膨胀非常大，引起陶瓷开裂。锆钛酸钡钙(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)(简称BCZT)是锆钛酸钡与锆钛酸钙的固溶体，是钛酸钡(BT)基陶瓷的一种，属于铁电陶瓷。BCZT在室温下为铁电相，介质损耗大，介电常数随电场的增加而下降，因此其储能密度与储能效率都比较低。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术中BCZT基储能陶瓷材料存在的问题，提供了一种在具有高储能密度的同时，还具有击穿强度大、温度和频率稳定性好的BCZT基储能陶瓷材料及其制备方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种BCZT基储能陶瓷材料，所述BCZT基储能陶瓷材料的组成通式为：(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.6667Nb0.3333O3)x，其中x＝0-0.1,x为摩尔数。一种BCZT基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：以碳酸钙，碳酸钡，二氧化锆，氧化铋，氧化镁，五氧化二铌和二氧化钛为原料，按照配方(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.6667Nb0.3333O3)x中的化学计量比称原料，其中x＝0-0.1,x为摩尔数；然后依次进行一次球磨、预烧、二次球磨、造粒、压片、排胶和烧结，得到BCZT基储能陶瓷材料。进一步的，所述一次球磨和所述二次球磨的条件均如下：球磨介质为无水乙醇，磨球是锆球，原料：锆球：无水乙醇的质量比为1:1:2，球磨时间为12h～16h。进一步的，所述预烧是指在1000至1150℃温度下保温2-4h。进一步的，所述造粒所用的粘结剂为聚乙烯醇，粘结剂添加量为(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.6667Nb0.3333O3)x粉体质量的3％～8％。进一步的，所述排胶是指在600～800℃的温度范围内保温3～5h。进一步的，所述烧结是指在1250℃～1380℃保温4-5h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术创新性的在Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3(简称BCZT)陶瓷中加入了一定量的BiMg0.6667Nb0.3333O3(简称BMN)，极大的提高了BCZT陶瓷的击穿电场强度，大幅提升了BCZT陶瓷的储能密度，使其在储能电容器方面具有良好的应用前景。2.本专利技术制备中不使用有毒的有机金属化合物，不产生有毒的附加产物，符合环境友好型的要求。3.本专利技术制作工艺流程简单，重复性好，且所用原料为普通工业原料，价格便宜，可以大量制备。附图说明图1为本专利技术实施例1的XRD测试结果图；图2为本专利技术实施例1的室温下电滞回线测量结果图；图3为本专利技术实施例2的XRD测试结果图；图4为本专利技术实施例2的室温下电滞回线测量结果图；图5为本专利技术实施例3的XRD测试结果图；图6为本专利技术实施例3的室温下电滞回线测量结果图；图7为本专利技术实施例4的XRD测试结果图；图8为本专利技术实施例4的室温下电滞回线测量结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开一种BCZT基储能陶瓷材料，该材料的组成通式为：(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.6667Nb0.3333O3)x，其中x＝0-0.1,x为摩尔数。在本专利技术中，BCZT基储能陶瓷材料的击穿电场强度都在250kV/cm以上，能释放的储能密度为2.0J/cm3以上，储能效率为90％以上。在本专利技术中，BCZT基储能陶瓷材料的可释放储能密度在零下25℃至零上100℃的温度范围内的波动不超过10％。在本专利技术中，BCZT基储能陶瓷材料的可释放储能密度在1Hz至100Hz的频率范围内的波动不超过10％。本专利技术公开一种BCZT基储能陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤:(1)、采用固相法合成(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.6667Nb0.3333O3)x粉体，其中x＝0-0.1，x为摩尔数。(2)、将步骤(1)所得产物磨细后添加3wt％-8wt％粘结剂造粒，压制成型得到素胚。(3)、将步骤(2)所得产物以1～3℃/分钟的升温速率升至600℃-800℃保温3～5h排去素胚中的有机物，得到生料胚体。(4)、将步骤(3)所得产物以2～4℃/分钟的升温速率升至1250℃-1380℃保温4～5h进行烧结，得到所述BCZT基储能陶瓷。下面介绍本专利技术的几个具体的实施例：实施例1：本实施例BCZT基储能陶瓷材料的化学式为(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.666Nb0.333O3)x，其中x＝0.025,x为摩尔数。其制备过程如下：1.先将BaCO3、CaCO3、ZrO2、Bi2O3、MgO、Nb2O5、TiO2七种原料在120℃的烘箱中保温12小时。作为示例，例如可以采用99％纯度的以上原料。2.按照化学计量比称取步骤1所得的原料，倒入球磨罐中。3.将步骤2得到的原料按照原料：锆球：无水乙醇的质量比为1:1:2放入行星球磨机中进行一次球磨，球磨时间为12h。4.将步骤3产物倒入培养皿中，放入60℃烘箱中烘干，然后用60目的筛网进行过筛，使得锆球和粉末分离。5.将步骤4得到的粉体以3℃/min升到1150℃，保温2h,得到钙钛矿结构的(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)0.975(BiMg0.666Nb0.333O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BCZT基储能陶瓷材料，其特征在于，所述BCZT基储能陶瓷材料的组成通式为：(Ba

【技术特征摘要】
1.一种BCZT基储能陶瓷材料，其特征在于，所述BCZT基储能陶瓷材料的组成通式为：(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.6667Nb0.3333O3)x，其中x＝0-0.1,x为摩尔数。


2.一种BCZT基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以碳酸钙，碳酸钡，二氧化锆，氧化铋，氧化镁，五氧化二铌和二氧化钛为原料，按照配方(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)1-x(BiMg0.6667Nb0.3333O3)x中的化学计量比称原料，其中x＝0-0.1,x为摩尔数；然后依次进行一次球磨、预烧、二次球磨、造粒、压片、排胶和烧结，得到BCZT基储能陶瓷材料。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述一次球磨和所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴中华，陈昭兵，刘卫国，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61