本发明专利技术公开了一种反铁电储能陶瓷材料及其制备方法。反铁电陶瓷材料由质量分数为k的四方反铁电相和质量分数为（1-k）的正交反铁电相复合而成；四方反铁电相为(Pb0.87-1.5xBa0.1La0.02Mx)(Zr0.95-ySnyTi0.05)O3，正交反铁电相为(Pb0.97La0.02)(Zr0.95-zSn0.05Tiz)O3，其中，M为Y、Eu和Yb中的一种，x=0～0.015，y=0.25～0.45，z=0.03～0.05，k=40%～60%。制备方法包括如下步骤：（1）制备四方相反铁电陶瓷粉体；（2）制备正交相反铁电陶瓷粉体；（3）将四方相反铁电陶瓷粉体和正交相反铁电陶瓷粉体按质量百分比复合得到反铁电储能陶瓷材料。该反铁电陶瓷材料在保持较高的饱和极化强度的同时，获得较大的铁电-反铁电相变场，从而使储能密度得到大幅提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能陶瓷材料
，更具体地，涉及。
技术介绍
高储能密度电容在各种电力、电子系统中扮演着越来越重要的角色。相关电子产品朝小型化、轻型化及多功能方向发展对电容储能密度提出了更高的要求。提高电容器储能特性的关键在于开发出具有高储能密度的电介质材料。目前，高储能密度电容器的电介质材料可分为四类。第一类为钛酸钡、二氧化钛等材料，相关电容器的生产技术非常成熟且已得到广泛应用，该类材料的特点是介电常数很高，但受材料中缺陷(晶界、孔隙等)和温度的影响，击穿场强较低，通常储能密度低于IJ/cm3。第二类为有机薄膜，如聚丙烯薄膜、Mylar膜(聚脂薄膜)、聚偏氟乙烯(PVDF)膜等，特点是击穿场强非常高，但介电常数很小，使用范围严重受限。第三类为陶瓷与聚合物或玻璃的复合电介质，这类材料具有远超一般应用的击穿场强，主要针对脉冲功率系统，且其批量化生产技术尚不成熟。第四类为反铁电材料，这类材料具有很高的致密度(> 95%)和很小的介电损耗(<1%)。在外加电场作用下，会发生反铁电一铁电相的迅速转变，介电常数表现出强烈的非线性效应，致使其极化强度远超同等强度电场作用下的线性或近线性介质，因此在中低压应用范围内，其储能密度远超前三类介质材料，成为现阶段的研究热点。影响反铁电材料储能密度高低的主要因素有两个:饱和极化强度和铁电-反铁电相变场。现阶段，国内外对高储能密度反铁电材料的研究主要集中在四方相铅镧锆锡钛(PLZST)材料和正交相PLZST材料上。其中，四方相PLZST材料具有饱和极化强度高、铁电-反铁电相变场小的特点，通常被制成块体陶瓷进行研究。由于该体系材料的铁电-反铁电相变场远小于其击穿场强，其储能密度一般在2.5J/cm3以下。与四方相PLZST材料相t匕，正交相PLZST材料的铁电-反铁电相变场可达到远高于四方相PLZST材料击穿场强的水平，储能密度可高达15J/cm3。但`正交相PLZST材料的饱和极化强度偏低，并不适用于储能陶瓷领域，而适用于储能薄膜领域，因而其储能总量受到限制。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了，在保持较高的饱和极化强度的同时，获得较大的铁电-反铁电相变场，从而使陶瓷材料的储能密度得到大幅提高。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种反铁电储能陶瓷材料，其特征在于，由质量分数为k的四方反铁电相和质量分数为(Ι-k)的正交反铁电相复合而成；所述四方反铁电相为(PbtlK5xBaaiLaatl2Mx) (Zra95_ySnyTia(l5)03,所述正交反铁电相为(Pb0.97La0.02) (Zra95-ZSnatl5Tiz)O3,其中，M 为 Y、Eu 和 Yb 中的一种，x=0 ~0.015，y=0.25 ~0.45, z=0.03 ~0.05, k=40% ~60%。优选地，x=0.006, y=0.3, z=0.05。优选地，k=45%~50%。按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述反铁电储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:(1)制备四方相反铁电陶瓷粉体:按照化学计量比称取各原料组分，将配置好的原料混合，加入无水乙醇，球磨得到均匀的混合物，将混合物烘干、过筛后进行热处理得烧结料，再将烧结料球磨粉碎、干燥、过筛，得到四方相反铁电陶瓷粉体(Pb0.87-1.5xBa0.1La0.02Μχ) (Zr。.95_ySnyTi。.。5)O3,其中,X=O ~0.015, y=0.25 ~0.45 ； (2)制备正交相反铁电陶瓷粉体:按照化学计量比称取各原料组分，将配置好的原料混合，加入无水乙醇，球磨得到均匀的混合物，将混合物烘干、过筛后，于850~900°C下合成2~3小时，然后将合成料球磨、干燥、过筛，得到正交相反铁电陶瓷粉体(Pba97La0.02) (Zr0 95_ZS% 05Tiz) O3,其中，z=0.03~0.05 ; (3)将所述步骤(1)得到的四方相反铁电陶瓷粉体和所述步骤(2)得到的正交相反铁电陶瓷粉体按照质量百分比配料，搅拌均匀后造粒，并压制成型，将成型的坯体于1240~1250°C下烧结2~3小时，并于1050~1100°C下退火0.5~I小时后冷却，得到反铁电储能陶瓷材料。优选地，所述步骤(1)中，所述热处理过程具体为:先于850~900°C下合成2~3小时，再将合成料球磨粉碎后造粒，将造粒料装钵后于1220~1240°C下烧结2~3小时。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，将四方反铁电相和正交反铁电相按一定比例复合制备反铁电储能陶瓷材料，在保持四方反铁电相高饱和极化强度的同时， 大幅度提高了四方反铁电相的铁电-反铁电相变场，从而使储能密度得到极大提升。【附图说明】图1是XRD测得的本专利技术实施例和比较例的不同正交相反铁电陶瓷粉体含量的反铁电储能陶瓷材料的晶向组成；图2是SEM测得的本专利技术实施例和比较例的不同正交相反铁电陶瓷粉体含量的反铁电储能陶瓷材料的微观结构图，其中，(a)正交相反铁电陶瓷粉体的质量百分含量为40% ；(b)正交相反铁电陶瓷粉体的质量百分含量为50%; (c)正交相反铁电陶瓷粉体的质量百分含量为60% ；图3是本专利技术实施例和比较例的不同正交相反铁电陶瓷粉体含量的反铁电储能陶瓷材料的电滞回线图，其中，Ca)正交相反铁电陶瓷粉体的质量百分含量分别为0%、40%和50% ； (b)正交相反铁电陶瓷粉体的质量百分含量分别为55%和60%。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的反铁电储能陶瓷材料由质量分数为k的四方反铁电相和质量分数为(Ι-k)的正交反铁电相复合而成。其中，四方反铁电相为(Pb。.8h.5xBa0.^a0.02MX)(Zr。.95_ySnyTiQ.J O3,正交反铁电相为(Pb。.97La0.02) (Zr0.95_zSnQ.Q5Tiz) 03，其中，M 为 Y、Eu 和 Yb中的一种，x=0 ~0.015, y=0.25 ~0.45, z=0.03 ~0.05, k=40% ~60%。具体地，x=0.006, y=0.3, z=0.05。本专利技术的反铁电储能陶瓷材料的制备方法包括如下步骤: (I)制备四方相反铁电陶瓷粉体:按照化学计量比称取各原料组分，将配置好的原料混合，加入无水乙醇，球磨得到均匀的混合物，将混合物烘干、过筛后进行热处理得烧结料，再将烧结料球磨粉碎、干燥、过筛，得到四方相反铁电陶瓷粉体(PbtlH5xBaaiLaatl2Mx)(ZrtHySnyTiatl5) O3,其中,x=0 ~0.015, y=0.25 ~0.45。(2)制备正交相反铁电陶瓷粉体:按照化学计量比称取各原料组分，将配置好的原料混合，加入无水乙醇，球磨得到均匀的混合物，将混合物烘干、过筛后，于850~900°C下合成2~3小时，然后将合成料球磨、干燥、过筛，得到正交相反铁电陶瓷粉体(Pba97Laatl2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种反铁电储能陶瓷材料，其特征在于，由质量分数为k的四方反铁电相和质量分数为（1?k）的正交反铁电相复合而成；所述四方反铁电相为(Pb0.87?1.5xBa0.1La0.02Mx)(Zr0.95?ySnyTi0.05)O3，所述正交反铁电相为(Pb0.97La0.02)(Zr0.95?zSn0.05Tiz)O3，其中，M为Y、Eu和Yb中的一种，x=0～0.015，y=0.25～0.45，z=0.03～0.05，k=40%～60%。
【技术特征摘要】
1.一种反铁电储能陶瓷材料，其特征在于，由质量分数为k的四方反铁电相和质量分数为(Ι-k)的正交反铁电相复合而成； 所述四方反铁电相为(Pb。.87_L 5xBa0 ^a0 02MX) (Zr0 95_ySnyTi0 05) O3,所述正交反铁电相为(Pb0.97La0.02) (Zra95-ZSnatl5Tiz)O3,其中，M 为 Y、Eu 和 Yb 中的一种，x=0 ~0.015，y=0.25 ~0.45, z=0.03 ~0.05, k=40% ~60%。2.如权利要求1所述的反铁电储能陶瓷材料，其特征在于，x=0.006, y=0.3, z=0.05。3.如权利要求1或2所述的反铁电储能陶瓷材料，其特征在于，k=45%~50%。4.如权利要求1所述的反铁电储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (O制备四方相反铁电陶瓷粉体:按照化学计量比称取各原料组分，将配置好的原料混合，加入无水乙醇，球磨得到均匀的混合物，将混合物烘干、过筛后进行热处理得烧结料，再将烧结料球磨粉碎、干燥、过筛，得到四方相反铁电陶瓷粉体(Pbtl...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜胜林，张岭，张光祖，付明，喻研，易金桥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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