一种高储能密度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，涉及一种反铁电陶瓷材料，尤其涉及一种高储能密度 的反铁电陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自上世纪70年代以来，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。作为脉冲功率器件中最为重要的储能元件，提高电容器的储能密度对器件小型化 和高功率化具有重要意义，研制高储能密度的脉冲电容器已经成为当前脉冲功率技术领域 研究的重点和迫切任务。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] 电介质材料的可用储能密度WM(J/cm3)可由以下公式计算（放电时）：
【主权项】
1. 一种反铁电陶瓷材料，其特征在于，所述反铁电陶瓷材料的组成为：(PbK5xLax) (21^111_口1'込)03，其中，0.01彡叉彡0.03,0.4彡7彡0.7,0.06彡2彡0.09。
2. 根据权利要求1所述的反铁电陶瓷材料，其特征在于，所述反铁电陶瓷材料在室温 时、饱和电场下，储能密度为1. 3~2J/cm3。
3. 根据权利要求1或2所述的反铁电陶瓷材料，其特征在于，所述反铁电陶瓷材料在 20~KKTC的温度范围内、饱和电场下，或者，在0.OlHz~IOOHz的频率范围内、饱和电场 下，储能密度变化幅度在15%以内。
4. 根据权利要求1-3中任一所述的反铁电陶瓷材料，其特征在于，所述的反铁电陶瓷 材料室温下在强度大于7kV/mm的电场下，发生可逆的AFE-FE相变。
5. -种权利要求1-4中任一所述反铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括： 1) 按所述反铁电陶瓷材料的组成化学式，称取Pb3O4粉体、ZrO2粉体、TiO2粉体、SnO2 粉体、La2O3粉体，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下反应合成，然后球磨，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，所述反应包括，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密度锆钛锡酸铅反铁电陶瓷及其制备方法，所述反铁电陶瓷材料的组成为：(Pb1-1.5xLax)(ZrySn1-y-zTiz)O3，其中，0.01≤x≤0.03，0.4≤y≤0.7，0.06≤z≤0.09。本发明通过组分调整和改进工艺，所获得的PLZST陶瓷材料具有大的AFE-FE相变电场（E>7kV/mm）和高的储能密度（1.3～2J/cm3），且该陶瓷在一定的温度范围（20～100℃）和一定的频率范围内（0.01～100HZ）其反铁电相能够稳定存在，储能密度的变化幅度在15%以内，这对于开发高储能密度、特别是在变温环境下要求有稳定储能特性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】CN104692799
【申请号】CN201510107725
【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10日
【申请日】2015年3月12日