[发明专利]一种钛酸锶基无铅高储能密度高储能效率陶瓷材料及其制备方法有效
申请号: | 201710093715.X | 申请日: | 2017-02-21 |
公开(公告)号: | CN106699170B | 公开(公告)日: | 2020-04-07 |
发明(设计)人: | 杨海波;闫非;林营;高淑雅;朱建锋;王芬 | 申请(专利权)人: | 陕西科技大学 |
主分类号: | H01G4/12 | 分类号: | H01G4/12;C04B35/47;C04B35/622 |
代理公司: | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 | 代理人: | 陆万寿 |
地址: | 710021 *** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 钛酸锶基无铅高储能 密度 高储能 效率 陶瓷材料 及其 制备 方法 | ||
一种钛酸锶基无铅高储能密度高储能效率陶瓷材料及其制备方法,首先按照化学式(1‑x)SrTiO3‑x(0.65BaTiO3‑0.35Bi0.5Na0.5TiO3)进行配料,其中x表示摩尔分数,且0.1≤x≤0.6;经球磨、干燥后获得原料粉体;将获得的原料粉体加入粘合剂进行造粒,陈腐24~48小时后,压制成片,排胶处理后在1250~1350℃下烧结,即可得到钛酸锶基无铅高储能密度高储能效率陶瓷材料。本发明的陶瓷材料制备工艺简单、稳定,适合工业化生产,其储能特性优良,基于电滞回线计算的储能密度在0.961~1.403J/cm3之间,储能效率在84.77~91.63%之间。
【技术领域】
本发明涉及储能电容器用介质材料技术领域,具体是一种钛酸锶基无铅高储能密度高储能效率陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
随着信息技术的不断发展,器件的小型化、多功能化,高储能密度、高储能效率陶瓷是制作小型、大容量、高效率电容器的关键材料。由于高储能密度陶瓷电容器具有储能密度高、充放电速度快、抗循环老化、机械强度高、适用于高温高压等极端环境和性能稳定等优点,符合新能源开发和利用的要求,广泛的应用于通讯、电脑、汽车、电子电路设备以及军工等现代众多领域。但是,目前现有的储能介质材料存在储能密度和储能效率低、放电电流小、寿命短、含有对人体健康不利以及污染环境的铅等问题,难以满足当代社会发展的需求。因此,对于开发具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷电介质材料是提高电容器储能特性的关键。
作为储能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。目前,在储能方面应用的线性陶瓷体系主要有TiO2基陶瓷;铁电体陶瓷体系主要有SrTiO3、BaTiO3基陶瓷;而反铁电体陶瓷体系主要有PbZrO3基陶瓷,但是占据大比重的铅存在较大的毒性,并会对人体和环境造成严重的污染。
由于储能陶瓷的性能主要取决于其介电常数和绝缘性能两个因素,并且陶瓷介质储能特性与介质的介电常数和工作场强平方的乘积具有正比例关系。SrTiO3陶瓷是一种优良的电介质材料,具有较高的介电常数、低介电损耗温度稳定性好和击穿场强高,但是SrTiO3陶瓷的饱和极化强度较小,储能密度较低,从而限制了其在实际生产中的应用。因此,要拓宽SrTiO3陶瓷介质在储能领域的应用,需要对其进行改性,在保持其高击穿场强和低损耗的同时最大限度提高其介电常数和极化强度,从而提高储能密度和储能效率。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷,提供一种钛酸锶基无铅高储能密度高储能效率陶瓷材料及其制备方法,这种陶瓷材料储能密度和储能效率优异,储能密度可达1.403J/cm3,储能效率可达91.63%,并且具有环境友好、实用性好等特性。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:
其化学式为:(1-x)SrTiO3-x(0.65BaTiO3-0.35Bi0.5Na0.5TiO3),其中x为0.65BaTiO3-0.35Bi0.5Na0.5TiO3的摩尔百分数,且0.1≤x≤0.6。
进一步地,该陶瓷材料的平均晶粒尺寸为1.0~1.4μm,储能密度在0.961~1.403J/cm3之间,储能效率在84.77~91.63%之间。
本发明制备方法的技术方案是:包括以下步骤:
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