【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能陶瓷介质，具体涉及一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着全球能源危机、环境污染等问题日益凸显，高效、环保、可持续发展的新型储能技术得到越来越多的关注。相比于电池和电化学电容器，电介质电容器具有充放电速度快、功率密度高、安全可靠等特点，在脉冲功率系统中得到广泛关注，尤其是无铅陶瓷电介质电容器可以在高温、高压等极端环境下长时间工作，已经成为当前研究热点。然而现有的无铅陶瓷电介质电容器的极化强度和耐击穿电场难以同时得到大幅度提升，导致储能密度和储能效率普遍较低。同时，当前开展无铅储能陶瓷研究过程中普遍采用传统造粒和压制成型工艺，经烧结后的陶瓷样品厚度通常大于500μm，在能量存储性能测试过程中需要将其减薄至200μm以下。在陶瓷样品减薄过程中往往会存在划痕、裂纹等缺陷，在很大程度上限制了击穿电场强度和能量存储性能的提升，导致无铅储能陶瓷的能量存储性能难以得到显著改善。
2、目前提升无铅陶瓷介质的能量存储性能的方法主要集中于等价元素掺杂、晶粒尺寸和畴结构调控、构建核壳结构和层状异质结构等方面。例如澳大利亚卧龙岗大学yang等人(l.yang,x.kong,z.cheng,s.zhang,ultra-high energy storage performancewithmitigatedpolarization saturation in lead-free relaxors.j.mater.chem.a 7,8573-8580(2019).)在bi0.5na0.5tio3-s
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料及其制备方法，本专利技术通过选取具有高极化强度的bi0.39na0.36sr0.25tio3陶瓷，向其中的b位引入高价态的ta5+，一方面可以减少ti元素变价对漏电流和耐压强度的影响，另一方面能够形成低介电常数sr0.5bitatio6.5相；同时，本专利技术通过固相反应法和流延成型工艺，制备出厚度小于20μm的无铅超薄陶瓷材料，该陶瓷材料具有厚度薄、致密性和平整度好、介电损耗低、耐击穿电场强度高、能量存储性能优异、制备方法简单、不含铅元素的特点，符合电子元器件小型化、绿色化发展的需要。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料，所述无铅超薄陶瓷材料的化学通式为bi0.39na0.36sr0.25ti(1-x)taxo3，其中x＝0.03～0.07。
4、一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤1：通过湿法球磨的方式将bi2o3、tio2、na2co3、srco3和ta2o5按化学计量比混合均匀，得到原料粉体；
6、步骤2：对步骤1中的原料粉体煅烧，湿法球磨，烘干，过筛，得到粒径为70-130μm的陶瓷基料；
7、步骤3：通过湿法球磨的方式将步骤2得到的陶瓷基料与有机溶剂，分散剂，塑化剂，粘结剂以及改性剂按所述重量百分比混合均匀，得到陶瓷浆料；
8、步骤4：对步骤3得到的陶瓷浆料进行流延成型，得到厚度为12-30μm的生坯带，对生坯带裁剪，施压，排胶，然后在密封条件下烧结，得到厚度为8-20μm的高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料。
9、所述步骤1中bi2o3、tio2、na2co3、srco3和ta2o5的纯度均大于98％。
10、所述步骤2中煅烧温度为800～900℃，时间为3-5h；烘干温度为80-100℃，时间为6-12h；过筛目数为120-200目。
11、所述步骤3中，按重量百分比计，陶瓷基料：有机溶剂：分散剂：塑化剂：粘结剂：改性剂＝40-50wt％：14-20wt％：1-2wt％：2-4wt％：3-5wt％：30-40wt％。
12、所述步骤3中有机溶剂为无水乙醇，改性剂为甲基乙基酮，分散剂为三油酸甘油脂，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，塑化剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯的混合物。
13、所述聚乙二醇与邻苯二甲酸二丁酯的重量百分比均为1-2wt％。
14、所述步骤1-3中湿法球磨的球磨介质均为无水乙醇和玛瑙球或zro2球，无水乙醇，玛瑙球或zro2球与相应物料的质量比均为(1.2-1.5):(1.5-2.0):1，所述球磨转速均为300-500r/min，时间均为12-24h。
15、所述步骤4中排胶温度为550-600℃，时间为8-15h；烧结流程为以3-4℃/min的升温速率从室温升至1200-1240℃后迅速以20-30℃/min的降温速率降至1080-1120℃并保温2-4h，随后以3-6℃/min的降温速率降至800℃后随炉自然冷却到室温。
16、步骤4中所述施压温度为50-60℃，压力为50-250mpa，间隔任意压力保压3-10min，所述烧结的密封条件为将排胶后的生坯带置于密封的氧化铝或氧化锆方舟内进行烧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料，其特征在于：所述无铅超薄陶瓷材料的化学通式为Bi0.39Na0.36Sr0.25Ti(1-x)TaxO3，其中x＝0.03～0.07。
2.一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中Bi2O3、TiO2、Na2CO3、SrCO3和Ta2O5的纯度均大于98％。
4.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中煅烧温度为800～900℃，时间为3-5h；烘干温度为80-100℃，时间为6-12h；过筛目数为120-200目。
5.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，按重量百分比计，陶瓷基料：有机溶剂：分散剂：塑化剂：粘结剂：改性剂＝40-50wt％：14-20wt％：1-2wt％：2-4wt％：3-5wt％：30-40wt％。
6.根据权利要求2或5
7.根据权利要求6所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述聚乙二醇与邻苯二甲酸二丁酯的重量百分比均为1-2wt％。
8.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1-3中湿法球磨的球磨介质均为无水乙醇和玛瑙球或ZrO2球，无水乙醇，玛瑙球或ZrO2球与相应物料的质量比均为(1.2-1.5):(1.5-2.0):1，所述球磨转速均为300-500r/min，时间均为12-24h。
9.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中排胶温度为550-600℃，时间为8-15h；烧结流程为以3-4℃/min的升温速率从室温升至1200-1240℃后迅速以20-30℃/min的降温速率降至1080-1120℃并保温2-4h，随后以3-6℃/min的降温速率降至800℃后随炉自然冷却到室温。
10.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤4中所述施压温度为50-60℃，压力为50-250MPa，间隔任意压力保压3-10min；所述烧结的密封条件为将排胶后的生坯带置于密封的氧化铝或氧化锆方舟内进行烧结，方舟外围采用粒径小于70μm的氧化锆粉体进行掩埋。
...【技术特征摘要】
1.一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料，其特征在于：所述无铅超薄陶瓷材料的化学通式为bi0.39na0.36sr0.25ti(1-x)taxo3，其中x＝0.03～0.07。
2.一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中bi2o3、tio2、na2co3、srco3和ta2o5的纯度均大于98％。
4.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中煅烧温度为800～900℃，时间为3-5h；烘干温度为80-100℃，时间为6-12h；过筛目数为120-200目。
5.根据权利要求2所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，按重量百分比计，陶瓷基料：有机溶剂：分散剂：塑化剂：粘结剂：改性剂＝40-50wt％：14-20wt％：1-2wt％：2-4wt％：3-5wt％：30-40wt％。
6.根据权利要求2或5所述的一种高能量存储性能的无铅超薄陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中有机溶剂为无水乙醇，改性剂为甲基乙基酮，分散剂为三油酸甘油脂，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，塑化剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸...
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