本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷及其制备方法。
背景技术：
电容器作为一种重要的储能器件，是电子设备中大量使用的电子元器件之一。而陶瓷电容器具有使用温度范围宽、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。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。电容器储存的能量大小由其尺寸和介质材料的储能密度决定。为了减小其尺寸，提高其能量的存储量，开发具有高储能密度的陶瓷介质材料可以有效解决这一问题。陶瓷电容器具有使用温度范围宽、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。其中铁电陶瓷材料具有介电常数大，非线性效应强等优点，单位体积铁电陶瓷材料的储能密度j可由下式计算：
j＝∫edp
其中p为极化强度，e为其击穿强度。
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。但是，被广泛研究的ba0.4sr0.6tio3陶瓷的储能密度仅仅为～0.37j/cm3，储能密度较低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷及其制备方法，该方法制得的陶瓷材料储能密度高达0.97j/cm3，且该制备方法简单，易于实现。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷，所述bt-kbt基储能陶瓷的化学组成为：(1-x)(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-xknbo3；其中，x取值范围为0.04～0.10。
优选地，所述bt-kbt基储能陶瓷的储能密度为0.89～0.97j/cm3。
本发明还公开了一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷的制备方法，将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式(1-x)(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-xknbo3配料，混合均匀后成型，在1130～1170℃下保温2～6h，烧结成瓷，制得bt-kbt基高储能密度陶瓷材料；其中，x取值范围为0.04～0.10。
优选地，所述混合均匀是通过球磨实现的，且以去离子水作为球磨介质。
进一步优选地，所述球磨的时间为6～8h。
优选地，混合均匀后在75℃-90℃下烘干。
优选地，所述bt陶瓷粉体通过以下方法制得：
按照化学式batio3的计量配比，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。
优选地，所述kbt陶瓷粉体通过以下方法制得：
按照化学式k0.5bi0.5tio3的计量配比，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
优选地，所述铌酸钾陶瓷粉体通过以下方法制得：
按照化学式knbo3的计量配比，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过添加铌酸钾来降低其饱和极化强度，从而制得高储能密度陶瓷材料，由于0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3具有较高的最大极化强度(pm～42.52μc/cm3)，但是其剩余极化强度较高(pr～36.71μc/cm3)，使其具有较低的储能密度(0.46j/cm3)，由于铌酸钾中的k+,nb5+进入晶格会引起晶格畸变，导致陶瓷相结构由四方相转变为伪立方相，铁电性减弱，从而可以有效降低其剩余极化强度因此，本发明向0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3添加适量的knbo3来降低其剩余极化强度，从而获得具有高储能密度的陶瓷材料。
本发明以碳酸钡，碳酸钾，氧化铋，二氧化钛和五氧化二铌为原料，采用固相法，制备(1-x)(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-xknbo3陶瓷材料的储能密度高达0.89～0.97j/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。
附图说明
图1是x＝0.04的陶瓷材料的电滞回线图。
图2是x＝0.08的陶瓷材料的电滞回线图。
图3是x＝0.10的陶瓷材料的电滞回线图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.96(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.04knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温2h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例2
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.96(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.04knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温4h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例3
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.96(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.04knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温6h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例4
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.92(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.08knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温2h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例5
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.92(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.08knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温4h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例6
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.92(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.08knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温6h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例7
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.90(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.10knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温2h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例8
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.90(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.10knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温4h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
实施例9
一种铌酸钾改性的bt-kbt基储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照化学式batio3(bt)，将碳酸钡和二氧化钛混合均匀后在1150℃下保温3h，制得bt陶瓷粉体。；
2)按照化学式k0.5bi0.5tio3(kbt)，将碳酸钾、氧化铋和二氧化钛混合均匀后在950℃下保温4h，制得kbt陶瓷粉体。
3)按照化学式knbo3(kn)，将碳酸钾和五氧化二铌混合均匀后在800℃下保温2h，制得铌酸钾陶瓷粉体。
4)将bt陶瓷粉体、kbt陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式0.90(0.92batio3-0.08(k1/2bi1/2)tio3)-0.10knbo3配料，用去离子水作为球磨介质球磨6h混合均匀，然后在80℃下烘干，经压片、成型后，在1170℃下保温6h烧结成瓷，得到高储能密度陶瓷材料。
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0.93j/cm3，储能效率可达44.38％。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0.89j/cm3，储能效率可达55.62％。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0.97j/cm3，储能效率可达55.1％。