一种陶瓷材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于材料领域，具体涉及一种陶瓷材料及其制备方法和用途。本发明专利技术中陶瓷材料的通式为(1‑x)(Ba

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷材料及其制备方法和用途
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种陶瓷材料及其制备方法和用途。
技术介绍
随着信息技术的不断发展，器件的小型化、多功能化，高储能密度、高储能效率陶瓷是制作小型、大容量、高效率电容器的关键材料。由于高储能密度陶瓷电容器具有储能密度高、充放电速度快、抗循环老化、机械强度高、适用于高温高压等极端环境和性能稳定等优点，符合新能源开发和利用的要求，广泛的应用于通讯、电脑、汽车、电子电路设备以及军工等现代众多领域。但是，目前现有的储能介质材料存在储能密度和储能效率低、放电电流小、寿命短、含有对人体健康不利以及污染环境的铅等问题，难以满足当代社会发展的需求。因此，对于开发具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷电介质材料是提高电容器储能特性的关键。作为储能电容器的介质材料主要有线性陶瓷、铁电陶瓷和反铁电陶瓷。目前，在储能方面应用的线性陶瓷体系主要有TiO2基陶瓷；铁电体陶瓷体系主要有BaTiO3基陶瓷；而反铁电体陶瓷体系主要有PbZrO3基陶瓷，但是占据大比重的铅存在较大的毒性，并会对人体和环境造成严重的污染。由于储能陶瓷的性能主要取决于其介电常数和绝缘性能两个因素，并且陶瓷介质储能特性与介质的介电常数和工作场强平方的乘积具有正比例关系。Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3陶瓷是一种优良的BaTiO3基电介质材料，具有较高的介电常数、低介电损耗和高储能效率，但是Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3陶瓷的击穿场强较低，储能密度较低，从而限制了其在实际生产中的应用。因此，要拓宽Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3陶瓷介质在储能领域的应用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种陶瓷材料及其制备方法和用途，本专利技术提供的陶瓷材料的储能密度高和储能效率高，且制备工艺简单，可满足不同应用的需求，适合工业化生产。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术是通过以下技术方案获得的。本专利技术的目的之一在于提供一种陶瓷材料，所述陶瓷材料的通式如下：(1-x)(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)x(Sr0.7Bi0.2TiO3)，其中0.1≤x≤0.4。优选地，所述x为0.2≤x≤0.4。本专利技术中x不能太高，也不能太低。如果x太高，本专利技术的陶瓷材料的剩余极化强度不断减小，最大强度也会降低，储能密度会降低。如果x太低，本专利技术的陶瓷材料击穿强度过低，剩余极化过高，导致储能密度和效率降低。优选地，所述陶瓷材料中晶粒平均尺寸为2.0μm～3.0μm。优选地，所述陶瓷材料的居里温度在-60℃～-7℃。优选地，所述陶瓷材料的储能密度为1.81J/cm3～4.02J/cm3。优选地，所述陶瓷材料的储能效率为92.82％～94.74％。本专利技术的目的之二在于提供所述陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体与Sr0.7Bi0.2TiO3粉体混合，然后依次进行球磨、造粒、陈腐、压制成型、排胶和烧结，得到所述陶瓷材料。优选地，所述Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体通过120目筛的筛余量≤5％。优选地，所述Sr0.7Bi0.2TiO3粉体通过120目筛的筛余量≤5％。优选地，所述球磨采用湿法球磨，球磨后粉体通过120目筛的筛余量≤5％。本专利技术中，球磨设备采用现有技术常规设备，球磨介质优选无水乙醇，磨球优选为氧化锆球，在尼龙罐中球磨。优选地，所述球磨的转速为300r/min～400r/min，球磨时间为10h～12h。更优选地，所述球磨时，无水乙醇、球石和粉体的质量比为1：(1.5～3)：1。优选地，所述球磨后还包括于80℃～120℃进行烘干的步骤。优选地，所述造粒步骤中，采用PVA为粘结剂进行湿法造粒。更优选地，所述湿法造粒中，将Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体与Sr0.7Bi0.2TiO3粉体与PVA水溶液混合成型，所述PVA水溶液的浓度为5wt％～8wt％，所述PVA水溶液的质量为Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体与Sr0.7Bi0.2TiO3粉体总质量的8％～15％。进一步优选地，所述PVA水溶液的质量为Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体与Sr0.7Bi0.2TiO3粉体总质量的10％～15％。优选地，所述陈腐时间为24h～30h。更优选地，所述陈腐时间为24h～26h。优选地，所述压制成型过程中的压强为6MPa～15MPa，保压时间为30s～60s。更优选地，所述压制成型过程中的压强为10MPa～15MPa，保压时间为40s～60s。优选地，所述排胶步骤包括，在500℃～600℃处理4h～6h。更选地，所述排胶步骤包括，在550℃～600℃处理5h～6h。优选地，所述烧结步骤包括，在1250℃～1450℃烧结2h～3h。更优选地，所述烧结步骤包括，在1250℃～1300℃烧结2.5h～3h。优选地，所述Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体的制备方法如下：按照化学式Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3称取化学计量比的BaCO3、CaCO3、ZrO2和TiO2，然后进行球磨混合、煅烧，得到所述Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体。更优选地，所述煅烧温度为1100℃～1200℃，煅烧时间为4h～6h。更优选地，所述球磨的转速为300r/min～400r/min，时间为10h～12h。更优选地，所述球磨采用湿法球磨，以无水乙醇为介质，氧化锆为磨球，无水乙醇、锆球和粉体的质量比是2:(1～1.5):1。优选地，所述Sr0.7Bi0.2TiO3粉体的制备方法如下：按照化学式Sr0.7Bi0.2TiO3称取化学计量比的SrCO3、Bi2O3和TiO2，然后进行球磨混合、煅烧，得到所述Sr0.7Bi0.2TiO3粉体。更优选地，所述煅烧温度为900℃～1000℃，煅烧时间为4h～6h。更优选地，所述球磨的转速为300～400r/min，时间为10h～12h。更优选地，所述球磨采用湿法球磨，以无水乙醇为介质，氧化锆为磨球，无水乙醇、锆球和粉体的质量比是1:(1～3):1。本专利技术的目的之三在于提供上述所述陶瓷材料在电容器中作为电介质的用途。优选地，一种陶瓷电容器，所述陶瓷电容器包括电极层和电介质层，且最外两侧均为电极层；所述电介质层由上述所述陶瓷材料组成。优选地，所述电极层的材料为金。Sr0.7Bi0.2TiO3是一种强介电材料，具有高饱和极化，能表现出强烈的弛豫行为和优异的相变温度。本专利技术利用Sr0.7Bi0.2TiO3对Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3进行改性，使得铁电体陶瓷转化为弛豫型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的通式如下：/n(1-x)(Ba

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的通式如下：
(1-x)(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3)x(Sr0.7Bi0.2TiO3)，其中0.1≤x≤0.4。


2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料中晶粒平均尺寸为2.0～3.0μm；
和/或，居里温度在-60～-7℃；
和/或，储能密度为1.81J/cm3～4.02J/cm3；
和/或，储能效率为92.82％～94.74％。


3.一种权利要求1～2任一所述陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体与Sr0.7Bi0.2TiO3粉体混合，然后依次进行球磨、造粒、陈腐、压制成型、排胶和烧结，得到所述陶瓷材料。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体的制备方法如下：按照化学式Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3称取化学计量比的BaCO3、CaCO3、ZrO2和TiO2，然后进行球磨混合、煅烧，得到所述Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3粉体。


5.根据权利要求4所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚武，施成，魏永起，闫非，翟继卫，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31