摻雜0.55nbt-0.45bctz高儲能密度陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電子陶瓷領(lǐng)域，涉及一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容器是一種重要的電子元器件，在電路中被廣泛用于儲能器件，電容儲能容易保持，不需要超導(dǎo)體。電容儲能還有很重要的一點就是能夠提供瞬間大功率，非常適合于激光器，閃光燈等應(yīng)用場合。而陶瓷介質(zhì)電容器具有耐高溫、壽命長、性能可靠等優(yōu)點而被廣泛使用。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備的微型化、小型化和多功能化要求電子元器件具有更優(yōu)的性能。為了滿足應(yīng)用的要求，提高陶瓷材料的儲能密度勢在必行。鐵電陶瓷材料的儲能密度由其最小極化強度(Pr)、最大極化強度(Pm)和擊穿強度(Eb)共同決定。為了制得高儲能密度陶瓷材料，人們通常采用氧化物或玻璃作為添加劑以及采用先進的制備技術(shù)(SPS)等來增強其擊穿強度來提高其儲能密度。
[0003]以NBT為基礎(chǔ)，向其中加入BCTZ，發(fā)現(xiàn)BCTZ的引入可以有效的降低其剩余極化強度(Pr)，同時使得其最大極化強度(Pm)保持在一個較大的值。其中，0.SSNa0.sB1.sT1XNBlO-OjSBa0.ssCao^T1.sZr0.1OXBCTZ) 陶瓷材料的剩余極化強度為 9yC/cm2，最大極化強度高達31yC/cm2。研究發(fā)現(xiàn)，NBT基陶瓷材料在高溫下具有優(yōu)異的儲能特性，但是由于在高溫下材料容易被擊穿，導(dǎo)致其儲能密度并不高，同時也難以實用化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料及制備方法，該方法制得的陶瓷材料儲能密度高達1.73J/cm3，并且制備方法簡單，成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，按化學(xué)式
0.55NBT-0.45BCTq.9—XZSX，將BCTq.9—xZSx陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體配料，混合均勻后經(jīng)造粒、成型后，在1150-1180 °C下保溫2-6h燒結(jié)成瓷，得到高儲能密度陶瓷材料;其中，X取值范圍為0.02-0.07。
[0007]所述混合均勻是通過球磨實現(xiàn)的。
[0008]所述球磨是以去離子水作為球磨介質(zhì)。
[0009]所述球磨的時間為6_8h。
[0010]混合均勻后在70。090。(:下烘干。
[00?1 ] 所述BCTq.9-xZSx陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式Ba。.85Ca0.15T1.9-xZmSrOMBCT0.g—XZSX)，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260°C下保溫2h，制得BCT0.9—XZSX陶瓷粉體;其中，X取值范圍為0.02-0.07。
[0012]所述NBT陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式Na0.5B1.5T13(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840 °C下保溫4h，制得NBT陶瓷粉體。
[0013]一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料，其特征在于，化學(xué)式為0.55NBT-0.45BCT0.9-XZSX;其中，x取值范圍為3_7，該材料的密度為1.73J/cm3。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:0.55NBT-0.45BCTZ具有較高的最大極化強度(Pm?31yC/cm3)，但是其室溫儲能密度較低(0.62J/cm3)，且儲能效率很低(39.86%)，因此本發(fā)明通過SnO2摻雜來將其相變溫度移至室溫附近，降低其能量損耗，從而提高其儲能密度。本發(fā)明采用傳統(tǒng)固相法制備的0.55NBT-0.45BCT0.9—xZSx陶瓷材料的儲能密度高達1.73J/cm3。本發(fā)明的制備方法設(shè)備簡單、操作簡單、成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)，為大規(guī)模、低成本制備高儲能密度陶瓷材料提供了基礎(chǔ)。
[0015]進一步的，本發(fā)明以碳酸鋇、碳酸鈣、碳酸鈉、氧化鉍、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫為原料，采用固相法，制備 0.55NaQ.5B1.5Ti03 (NBT)-0.45Ba0.85Ca0.15T1.LxZruSnxO3(BCT0.g-xZSx ,x = 0.02-0.07)陶瓷材料。
【附圖說明】
[0016]圖1是0.55NBT-0.45BCT0.ssZS0.Q2陶瓷材料的電滯回線圖。
[0017]圖2是0.5 5NBT-0.45BCT0.85Z S0.Q5陶瓷材料的電滯回線圖。
[0018]圖3是0.55NBT-0.45BCT0.S3ZS0.07陶瓷材料的電滯回線圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0020]一種Sn02摻雜ο.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的化學(xué)式為0.55NBT-0.45BCT0.9-xZSx;其中，X取值范圍為0.02-0.07。
[0021]實施例1
[0022]一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0023]按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15T1.88Zr0.1Sn0.0203(BCT0.88ZS0.02)，將碳酸鋇、碳酸I丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.88ZS0.02陶瓷粉體；
[0024]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h，合成NBT陶瓷粉體。
[0025]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.88ZSQ.02配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，然后在80 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1180°C下保溫2h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0026]實施例2
[0027]一種Sn02摻雜ο.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0028]按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15T1.88Zr0.1Sn0.0203(BCT0.88ZS0.02)，將碳酸鋇、碳酸I丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.88ZS0.02陶瓷粉體；
[0029]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h，合成NBT陶瓷粉體。
[0030]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.88ZSQ.02配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，然后在80 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1180°C下保溫4h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0031]實施例3
[0032]一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0033]按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15T1.88Zr0.1Sn0.0203(BCT0.88ZS0.02)，將碳酸鋇、碳酸I丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.88ZS0.02陶瓷粉體；
[0034]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h，合成NBT陶瓷粉體。
[0035]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.88ZSQ.02配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，然后在80 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1180°C下保溫6h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0036]實施例4
[0037]一種Sn02摻雜ο.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0038]按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15T1.85Zr0.1Sn0.0503(BCT0.85ZS0.05)，將碳酸鋇、碳酸I丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.85ZS0.05陶瓷粉體；
[0039]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h，合成NBT陶瓷粉體。
[0040]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.85ZSQ.05配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，然后在80 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1180°C下保溫2h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0041 ] 實施例5
[0042]一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0043]按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15T1.85Zr0.1Sn0.0503(BCT0.85ZS0.05)，將碳酸鋇、碳酸1丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.85ZS0.05陶瓷粉體；
[0044]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。
[0045]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.85ZSQ.05配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，然后在80 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1180°C下保溫4h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0046]實施例6
[0047]一種Sn02摻雜ο.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0048]按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15T1.85Zr0.1Sn0.0503(BCT0.85ZS0.05)，將碳酸鋇、碳酸1丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.85ZS0.05陶瓷粉體；
[0049]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h，合成NBT陶瓷粉體。
[0050]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.85ZSQ.05配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨7h混合均勻，然后在70 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1150°C下保溫6h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0051 ] 實施例7
[0052]一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0053]按照化學(xué)式1^().850&().151'；[().83/21'().1311().()703(13(]1'().8323().()7)，將碳酸鋇、碳酸I丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.83ZS0.07陶瓷粉體；
[0054]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。
[0055]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.83ZSQ.07配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨6h混合均勻，然后在80 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1180°C下保溫2h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0056]實施例8
[0057]一種Sn02摻雜ο.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0058]按照化學(xué)式1^().850&().151'；[().83/21'().1311().()703(13(]1'().8723().()3)，將碳酸鋇、碳酸I丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.87ZS0.03陶瓷粉體；
[0059]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h，合成NBT陶瓷粉體。
[0060]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.87ZSQ.03配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨7h混合均勻，然后在90 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1170°C下保溫4h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0061 ] 實施例9
[0062]一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法:
[0063]f^fl#SBa0.85Ca0.15Ti().84Zr().1Sn().()603(BCT().84ZS().06)，將碳酸鋇、碳酸 1丐、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260 °C下保溫2h，合成BCT0.84ZSQ.06陶瓷粉體；
[0064]按照化學(xué)式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在8400C下保溫4h合成NBT陶瓷粉體。
[0065]將BCT0.ssZSoi陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體按照化學(xué)式0.55NBT-0.455BCTQ.84ZSQ.06配料，用去離子水作為球磨介質(zhì)球磨Sh混合均勻，然后在80 °C下烘干，經(jīng)造粒、成型后，在1160°C下保溫6h燒結(jié)成瓷，得到SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料。
[0066]參見圖1，為實施例1中制備的陶瓷樣品的電滯回線圖，從圖中可以看到該樣品的儲能密度可達1.21J/cm3，儲能效率可達56.28%。圖2為實施例4中制備的陶瓷樣品的電滯回線圖，從圖中可以看到該樣品的儲能密度可達1.73J/cm3，儲能效率可達75.54%。圖3為實施例7中制備的陶瓷樣品的電滯回線圖，從圖中可以看到該樣品的儲能密度可達1.52J/cm3，儲能效率可達75.62 % ο
【主權(quán)項】
1.一種SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，按化學(xué)式0.55NBT-0.45BCT0.9-xZSx，將BCT0.9—xZSx陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體配料，混合均勻后經(jīng)造粒、成型后，在1150-1180 °C下保溫2-6h燒結(jié)成瓷，得到高儲能密度陶瓷材料;其中，x取值范圍為0.02-0.07。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述混合均勻是通過球磨實現(xiàn)的。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述球磨是以去離子水作為球磨介質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述球磨的時間為6-8h。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，混合均勻后在70 0C -90 0C下烘干。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述BCT0.9—XZSX陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式Ba0.85Ca0.15T1.9一xZmSnxOXBCT0.g—XZSX)，將碳酸鋇、碳酸鈣、二氧化鈦、氧化鋯和氧化錫混合均勻后在1260°C下保溫2h，制得BCT0.9—XZSX陶瓷粉體;其中，X取值范圍為0.02-0.07。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述NBT陶瓷粉體通過以下方法制得:按照化學(xué)式NaQ.5B1.5Ti03(NBT)，將碳酸鈉、氧化鉍和二氧化鈦混合均勻后在840 0C下保溫4h，制得NBT陶瓷粉體。8.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備的SnO2摻雜0.55NBT-0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料，其特征在于，化學(xué)式為0.55NBT-0.45BCT0.9-xZSx ;其中，x取值范圍為3_7，該材料的密度為1.73J/cm30
【專利摘要】一種SnO2摻雜0.55NBT?0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料及其制備方法，一種SnO2摻雜0.55NBT?0.45BCTZ高儲能密度陶瓷材料的制備方法，按化學(xué)式0.55NBT?0.45BCT0.9?xZSx，將BCT0.9?xZSx陶瓷粉體和NBT陶瓷粉體配料，混合均勻后經(jīng)造粒、成型后，在1150?1180℃下保溫2?6h燒結(jié)成瓷，得到高儲能密度陶瓷材料；其中，x取值范圍為0.02?0.07。本發(fā)明通過摻雜SnO2采用傳統(tǒng)固相法制備的陶瓷材料的儲能密度高達1.73J/cm3。本發(fā)明的制備方法設(shè)備簡單、操作簡單、成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)，為大規(guī)模、低成本制備高儲能密度陶瓷材料提供了基礎(chǔ)。
【IPC分類】C04B35/626, C04B35/622, C04B35/475
【公開號】CN105712715
【申請?zhí)枴緾N201610060467
【發(fā)明人】蒲永平, 姚謀騰, 高淑雅
【申請人】陜西科技大學(xué)