一种高储能效率镧掺杂锆钛锡酸铅反铁电陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能陶瓷领域，设及一种反铁电储能陶瓷材料，尤其设及一种高储能 效率的反铁电陶瓷材料及陶瓷元件。
【背景技术】
[000引自上世纪70年代W来，随着电子束、激光等技术的不断发展，脉冲功率技术在高 新技术、民用等领域得到了广泛的医用。能量存储系统是脉冲功率装置中的主要组成部分， 电容器储能能量释放速度快、组合灵活、技术成熟、价格低廉，成为目前应用最为广泛的储 能器件。2009年9月，很多科研机构已经将脉冲功率应用电容器项目列为其重点研究计划。
[0003] 用作脉冲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=类。其中， 反铁电材料的重要特征是具有双电滞回线，在外电场较低时反铁电陶瓷与线性陶瓷一样， 电位移值）与电场巧）呈线性关系，当电场升高到一定值后，反铁电晶胞内部与电场方向 相反的部分偶极子在电场作用下开始发生反转，同时陶瓷变为铁电相，材料的电位移和介 电常数（e,)突然增大而达到饱和极化强度，此时陶瓷处于充电状态，所存储的能量密度 (WJ为正向电滞回线对极化强度的积分。撤去电场后，介稳的铁电相回到反铁电相，偶极 子反转回初始状态，发生铁电-反铁电相变（FE-AFE)，剩余极化强度退为零，所释放的能量 密度（WJ为反向电滞回线对极化强度的积分。能量利用效率（n)用两者的比值表示，存 储的能量密度、可用的能量密度W及储能效率可W分别按如下公式计算：
【主权项】
1. 一种反铁电陶瓷，其特征在于，所述反铁电陶瓷的组成化学式为（Pbn5xLax) (ZrySnQ.g-yTiQ.JCV其中，0? 02 彡X彡 0? 04,0. 1 彡y彡 0? 5。
2. 根据权利要求1所述的反铁电陶瓷，其特征在于，所述反铁电陶瓷的电滞<lkV/mm， 所述反铁电陶瓷室温下在强度大于7kV/mm的电场下，发生可逆的AFE-FE相变。
3. 根据权利要求1或2所述的反铁电陶瓷，其特征在于，所述反铁电陶瓷在室温时、饱 和电场下，储能效率大于85%。
4. 根据权利要求1-3中任一所述的反铁电陶瓷，其特征在于，所述反铁电陶瓷在室温 时、饱和电场下，可用储能密度在0.95J/cm3以上。
5. -种权利要求1-4中任一所述反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括： 1) 按所述反铁电陶瓷的组成化学式，称取Pb304、Zr02、Ti02、Sn02、La2O3，均匀混合后， 作为原料粉体； 2) 将步骤1)所述原料粉体压块后，先在820-880°C下烧结，然后研磨，得到陶瓷粉体； 3) 将步骤2)制备的陶瓷粉体和粘结剂混合后，用于制备陶瓷坯体； 4) 将步骤3)制备的陶瓷坯体排塑后，在1260-1360°C下烧结，得到所述反铁电陶瓷。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述烧结包括，以低于 2°C/分钟的升温速度升至820~880°C，保温1~3小时。
7. 根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，按照陶瓷粉体：球： 水=I: (1. 6~2. 0) : (0. 5~0. 7)的质量比细磨，细磨时间为20~28小时。
8. 根据权利要求5-7中任一所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述粘结剂包括 PVA，粘结剂的加入量为陶瓷粉体重量的6~8 %，所述陶瓷粉体与粘结剂均匀混合后，经陈 化22~26小时、过筛，再用于制备陶瓷坯体。
9. 根据权利要求5-8中任一所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，排塑包括在 750~800°C下保温1~3小时； 烧结条件为以低于2°C/分钟的升温速度升至1260~1360°C，保温1~2小时； 陶瓷坯体上覆盖有陶瓷粉体，在密闭条件下进行烧结。
【专利摘要】本发明涉及一种高储能效率镧掺杂锆钛锡酸铅反铁电陶瓷及其制备方法，所述反铁电陶瓷的组成化学式为(Pb1-1.5xLax)(ZrySn0.9-yTi0.1)O3，其中，0.02≤x≤0.04，0.1≤y≤0.5。本发明通过传统的电子陶瓷的制备工艺制备反铁电陶瓷材料，其具有电滞小，储能效率高的储能特性，对于开发循环充放电寿命长的高储能密度、高储能效率的高压脉冲功率电容器具有非常重要的意义。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-493
【公开号】CN104725041
【申请号】CN201510109369
【发明人】王根水, 刘振, 陈学锋, 董显林, 曹菲
【申请人】中国科学院上海硅酸盐研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月12日