一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷及其制备方法

本发明涉及陶瓷材料，具体为一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，电介质储能电容器因其高功率密度和极快的充放电速度等特点受到越来越多的关注。与电池和超级电容器相比，其在脉冲电力系统应用中表现出巨大的优势。在众多的电介质储能电容器材料中，陶瓷基电介质储能电容器得到广泛关注，因其相对较高的介电常数、适中的击穿场强、优异的热稳定性、优越的机械强度和低成本。

2、在过去十几年关于储能陶瓷电容器的研究中，研究者们发现了一系列对环境友好的电介质陶瓷材料，例如钛酸钡、铌酸钾钠、铌酸银、钛酸铋钠等。其中，多元钛酸铋钠基弛豫铁电陶瓷由于其同时具有较大的饱和极化强度和较小的剩余极化强度，以及适中的击穿电场强度表现出优异的储能性能。因此，通过掺杂改性以及优化制备条件等获得高储能特性无铅钛酸铋钠基陶瓷成为目前储能材料技术方向的研究热点。本发明基于此提供一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷及其制备方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷，该材料的名义化学式为(100-x-y)mol％na0.5bi0.5tio3-xmol％batio3-ymol％sr0.8ca0.2ti0.9al0.05ta0.05o3-zmol％la2o3。

3、一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，具体步骤如下：

4、(1)无水碳酸钠、三氧化二铋、二氧化钛、碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙、三氧化二铝、五氧化二钽以及三氧化二镧作为起始原料，按照na0.5bi0.5tio3:batio3:sr0.8ca0.2ti0.9al0.05ta0.05o3:la2o3＝(0.58～0.655):(0.06～0.1):(0.28～0.31):(0.005～0.01)的摩尔比进行配料，以无水乙醇为球磨介质，球磨混合均匀后烘干；

5、(2)将步骤(1)制得的预烧后的粉体粉碎，再以无水乙醇为球磨介质球磨混合均匀、烘干、研磨成微米级粉状；

6、(3)将步骤(2)制备的粉体加入pva粘结剂，其中步骤(2)制备的粉体与pva粘结剂的质量比为95:5，后经过造粒、压片、排胶得到陶瓷素胚体；

7、(4)将步骤(3)制备的陶瓷素胚体在电场强度为28-38v/mm，电流强度为2.5-3.5a/cm2条件下进行闪烧处理，在温度为650-750℃下烧结100-400s，即制得多元钛酸铋钠基无铅陶瓷材料。

8、可选的，步骤(1)中所有起始原料粉体的纯度为99.99％。

9、可选的，步骤(1)中球磨时间为16-18h，烘干温度为100-110℃，烘干时间为17-19h。

10、可选的，步骤(3)中压片模具的直径为6-8mm，压力为90-120mpa，保压时间为3-6分钟。

11、可选的，步骤(3)中排胶温度为520-560℃，排胶时间为2-3.5h。

12、可选的，步骤(4)中闪烧的电场强度为280-380v/cm，电流强度为2.5-3.5a/cm2。

13、可选的，步骤(4)中闪烧的烧成温度为650-750℃，保温时间为100-400s。

14、本发明具备以下有益效果：

15、本发明制备工艺新颖可，且成本相对低廉，对环境友好。获得的陶瓷电容器材料具有优异的储能及充放电特性，并且热稳定性强，具有良好的产业化前景。

技术特征：

1.一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷，其特征在于：该材料的名义化学式为(100-x-y)mol％na0.5bi0.5tio3-xmol％batio3-ymol％sr0.8ca0.2ti0.9al0.05ta0.05o3-zmol％la2o3。

2.一种如权利要求1所述的具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所有起始原料粉体的纯度为99.99％。

4.根据权利要求2所述的有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(1)中球磨时间为16-18h，烘干温度为100-110℃，烘干时间为17-19h。

5.根据权利要求2所述的具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(3)中压片模具的直径为6-8mm，压力为90-120mpa，保压时间为3-6分钟。

6.根据权利要求2所述的具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(3)中排胶温度为520-560℃，排胶时间为2-3.5h。

7.根据权利要求2所述的具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(4)中闪烧的电场强度为280-380v/cm，电流强度为2.5-3.5a/cm2。

8.根据权利要求2所述的具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤(4)中闪烧的烧成温度为650-750℃，保温时间为100-400s。

技术总结
本发明涉及陶瓷材料技术领域，且公开了一种具有优异综合储能特性的多元钛酸铋钠基环保型陶瓷，该材料的名义化学式为(100‑x‑y)mol％Na<subgt;0.5</subgt;Bi<subgt;0.5</subgt;TiO<subgt;3</subgt;‑xmol％BaTiO<subgt;3</subgt;‑ymol％Sr<subgt;0.8</subgt;Ca<subgt;0.2</subgt;Ti<subgt;0.9</subgt;Al<subgt;0.05</subgt;Ta<subgt;0.05</subgt;O<subgt;3</subgt;‑zmol％La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，6.5＜x＜9.5,28＜y＜31,0.5＜z＜1。此外，本发明制备工艺新颖可，且成本相对低廉，对环境友好。获得的陶瓷电容器材料具有优异的储能及充放电特性，并且热稳定性强，具有良好的产业化前景。

技术研发人员：李天宇,晁倩倩,周聪,左如忠
受保护的技术使用者：安徽工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16