掺杂0.55nbt-0.45bctz高储能密度陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电子陶瓷领域，涉及一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电容器是一种重要的电子元器件，在电路中被广泛用于储能器件，电容储能容易保持，不需要超导体。电容储能还有很重要的一点就是能够提供瞬间大功率，非常适合于激光器，闪光灯等应用场合。而陶瓷介质电容器具有耐高温、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。随着科学技术的快速发展，电子设备的微型化、小型化和多功能化要求电子元器件具有更优的性能。为了满足应用的要求，提高陶瓷材料的储能密度势在必行。铁电陶瓷材料的储能密度由其最小极化强度(Pr)、最大极化强度(Pm)和击穿强度(Eb)共同决定。为了制得高储能密度陶瓷材料，人们通常采用氧化物或玻璃作为添加剂以及采用先进的制备技术(SPS)等来增强其击穿强度来提高其储能密度。
[0003]以NBT为基础，向其中加入BCTZ，发现BCTZ的引入可以有效的降低其剩余极化强度(Pr)，同时使得其最大极化强度(Pm)保持在一个较大的值。其中，0.SSNa0.sB1.sT1XNBlO-OjSBa0.ssCao^T1.sZr0.1OXBCTZ) 陶瓷材料的剩余极化强度为 9yC/cm2，最大极化强度高达31yC/cm2。研究发现，NBT基陶瓷材料在高温下具有优异的储能特性，但是由于在高温下材料容易被击穿，导致其储能密度并不高，同时也难以实用化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料及制备方法，该方法制得的陶瓷材料储能密度高达1.73J/cm3，并且制备方法简单，成本低、可大规模生产。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0006]一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，按化学式
0.55NBT-0.45BCTq.9—XZSX，将BCTq.9—xZSx陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体配料，混合均匀后经造粒、成型后，在1150-1180 °C下保温2-6h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料;其中，X取值范围为0.02-0.07。
[0007]所述混合均匀是通过球磨实现的。
[0008]所述球磨是以去离子水作为球磨介质。
[0009]所述球磨的时间为6_8h。
[0010]混合均匀后在70。090。(:下烘干。
[00?1 ] 所述BCTq.9-xZSx陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式Ba。.85Ca0.15T1.9-xZmSrOMBCT0.g—XZSX)，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260°C下保温2h，制得BCT0.9—XZSX陶瓷粉体;其中，X取值范围为0.02-0.07。
[0012]所述NBT陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式Na0.5B1.5T13(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840 °C下保温4h，制得NBT陶瓷粉体。
[0013]一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料，其特征在于，化学式为0.55NBT-0.45BCT0.9-XZSX;其中，x取值范围为3_7，该材料的密度为1.73J/cm3。
[0014]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:0.55NBT-0.45BCTZ具有较高的最大极化强度(Pm?31yC/cm3)，但是其室温储能密度较低(0.62J/cm3)，且储能效率很低(39.86%)，因此本发明通过SnO2掺杂来将其相变温度移至室温附近，降低其能量损耗，从而提高其储能密度。本发明采用传统固相法制备的0.55NBT-0.45BCT0.9—xZSx陶瓷材料的储能密度高达1.73J/cm3。本发明的制备方法设备简单、操作简单、成本低、可大规模生产，为大规模、低成本制备高储能密度陶瓷材料提供了基础。
[0015]进一步的，本发明以碳酸钡、碳酸钙、碳酸钠、氧化铋、二氧化钛、氧化锆和氧化锡为原料，采用固相法，制备 0.55NaQ.5B1.5Ti03 (NBT)-0.45Ba0.85Ca0.15T1.LxZruSnxO3(BCT0.g-xZSx ,x = 0.02-0.07)陶瓷材料。
【附图说明】
[0016]图1是0.55NBT-0.45BCT0.ssZS0.Q2陶瓷材料的电滞回线图。
[0017]图2是0.5 5NBT-0.45BCT0.85Z S0.Q5陶瓷材料的电滞回线图。
[0018]图3是0.55NBT-0.45BCT0.S3ZS0.07陶瓷材料的电滞回线图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0020]一种Sn02掺杂ο.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的化学式为0.55NBT-0.45BCT0.9-xZSx;其中，X取值范围为0.02-0.07。
[0021]实施例1
[0022]一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0023]按照化学式Ba0.85Ca0.15T1.88Zr0.1Sn0.0203(BCT0.88ZS0.02)，将碳酸钡、碳酸I丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.88ZS0.02陶瓷粉体；
[0024]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h，合成NBT陶瓷粉体。
[0025]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.88ZSQ.02配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80 °C下烘干，经造粒、成型后，在1180°C下保温2h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0026]实施例2
[0027]一种Sn02掺杂ο.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0028]按照化学式Ba0.85Ca0.15T1.88Zr0.1Sn0.0203(BCT0.88ZS0.02)，将碳酸钡、碳酸I丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.88ZS0.02陶瓷粉体；
[0029]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h，合成NBT陶瓷粉体。
[0030]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.88ZSQ.02配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80 °C下烘干，经造粒、成型后，在1180°C下保温4h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0031]实施例3
[0032]一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0033]按照化学式Ba0.85Ca0.15T1.88Zr0.1Sn0.0203(BCT0.88ZS0.02)，将碳酸钡、碳酸I丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.88ZS0.02陶瓷粉体；
[0034]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h，合成NBT陶瓷粉体。
[0035]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.88ZSQ.02配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80 °C下烘干，经造粒、成型后，在1180°C下保温6h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0036]实施例4
[0037]一种Sn02掺杂ο.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0038]按照化学式Ba0.85Ca0.15T1.85Zr0.1Sn0.0503(BCT0.85ZS0.05)，将碳酸钡、碳酸I丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.85ZS0.05陶瓷粉体；
[0039]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h，合成NBT陶瓷粉体。
[0040]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.85ZSQ.05配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80 °C下烘干，经造粒、成型后，在1180°C下保温2h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0041 ] 实施例5
[0042]一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0043]按照化学式Ba0.85Ca0.15T1.85Zr0.1Sn0.0503(BCT0.85ZS0.05)，将碳酸钡、碳酸1丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.85ZS0.05陶瓷粉体；
[0044]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。
[0045]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.85ZSQ.05配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80 °C下烘干，经造粒、成型后，在1180°C下保温4h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0046]实施例6
[0047]一种Sn02掺杂ο.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0048]按照化学式Ba0.85Ca0.15T1.85Zr0.1Sn0.0503(BCT0.85ZS0.05)，将碳酸钡、碳酸1丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.85ZS0.05陶瓷粉体；
[0049]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h，合成NBT陶瓷粉体。
[0050]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.85ZSQ.05配料，用去离子水作为球磨介质球磨7h混合均匀，然后在70 °C下烘干，经造粒、成型后，在1150°C下保温6h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0051 ] 实施例7
[0052]一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0053]按照化学式1^().850&().151'；[().83/21'().1311().()703(13(]1'().8323().()7)，将碳酸钡、碳酸I丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.83ZS0.07陶瓷粉体；
[0054]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。
[0055]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.83ZSQ.07配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80 °C下烘干，经造粒、成型后，在1180°C下保温2h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0056]实施例8
[0057]一种Sn02掺杂ο.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0058]按照化学式1^().850&().151'；[().83/21'().1311().()703(13(]1'().8723().()3)，将碳酸钡、碳酸I丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.87ZS0.03陶瓷粉体；
[0059]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h，合成NBT陶瓷粉体。
[0060]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.87ZSQ.03配料，用去离子水作为球磨介质球磨7h混合均匀，然后在90 °C下烘干，经造粒、成型后，在1170°C下保温4h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0061 ] 实施例9
[0062]一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法:
[0063]f^fl#SBa0.85Ca0.15Ti().84Zr().1Sn().()603(BCT().84ZS().06)，将碳酸钡、碳酸 1丐、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260 °C下保温2h，合成BCT0.84ZSQ.06陶瓷粉体；
[0064]按照化学式Na0.5BiQ.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在8400C下保温4h合成NBT陶瓷粉体。
[0065]将BCT0.ssZSoi陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体按照化学式0.55NBT-0.455BCTQ.84ZSQ.06配料，用去离子水作为球磨介质球磨Sh混合均匀，然后在80 °C下烘干，经造粒、成型后，在1160°C下保温6h烧结成瓷，得到SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料。
[0066]参见图1，为实施例1中制备的陶瓷样品的电滞回线图，从图中可以看到该样品的储能密度可达1.21J/cm3，储能效率可达56.28%。图2为实施例4中制备的陶瓷样品的电滞回线图，从图中可以看到该样品的储能密度可达1.73J/cm3，储能效率可达75.54%。图3为实施例7中制备的陶瓷样品的电滞回线图，从图中可以看到该样品的储能密度可达1.52J/cm3，储能效率可达75.62 % ο
【主权项】
1.一种SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，其特征在于，按化学式0.55NBT-0.45BCT0.9-xZSx，将BCT0.9—xZSx陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体配料，混合均匀后经造粒、成型后，在1150-1180 °C下保温2-6h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料;其中，x取值范围为0.02-0.07。2.根据权利要求1所述的SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述混合均匀是通过球磨实现的。3.根据权利要求2所述的SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述球磨是以去离子水作为球磨介质。4.根据权利要求2或3所述的SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为6-8h。5.根据权利要求2所述的SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，其特征在于，混合均匀后在70 0C -90 0C下烘干。6.根据权利要求1所述的SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述BCT0.9—XZSX陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式Ba0.85Ca0.15T1.9一xZmSnxOXBCT0.g—XZSX)，将碳酸钡、碳酸钙、二氧化钛、氧化锆和氧化锡混合均匀后在1260°C下保温2h，制得BCT0.9—XZSX陶瓷粉体;其中，X取值范围为0.02-0.07。7.根据权利要求1所述的SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述NBT陶瓷粉体通过以下方法制得:按照化学式NaQ.5B1.5Ti03(NBT)，将碳酸钠、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在840 0C下保温4h，制得NBT陶瓷粉体。8.—种根据权利要求1所述方法制备的SnO2掺杂0.55NBT-0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料，其特征在于，化学式为0.55NBT-0.45BCT0.9-xZSx ;其中，x取值范围为3_7，该材料的密度为1.73J/cm30
【专利摘要】一种SnO2掺杂0.55NBT?0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料及其制备方法，一种SnO2掺杂0.55NBT?0.45BCTZ高储能密度陶瓷材料的制备方法，按化学式0.55NBT?0.45BCT0.9?xZSx，将BCT0.9?xZSx陶瓷粉体和NBT陶瓷粉体配料，混合均匀后经造粒、成型后，在1150?1180℃下保温2?6h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料；其中，x取值范围为0.02?0.07。本发明通过掺杂SnO2采用传统固相法制备的陶瓷材料的储能密度高达1.73J/cm3。本发明的制备方法设备简单、操作简单、成本低、可大规模生产，为大规模、低成本制备高储能密度陶瓷材料提供了基础。
【IPC分类】C04B35/626, C04B35/622, C04B35/475
【公开号】CN105712715
【申请号】CN201610060467
【发明人】蒲永平, 姚谋腾, 高淑雅
【申请人】陕西科技大学