[发明专利]一种无铅高储能密度陶瓷材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及储能陶瓷技术领域，具体涉及一种无铅高储能密度陶瓷材料及其制备方法。

【背景技术】

近年来，随着信息技术的不断发展，高储能密度介质材料是制作小型、大容量、高效率电容器的关键材料，在各种电子、电力系统中扮演着越来越重要的角色。由于高储能密度陶瓷介质电容器材料具有储能密度高、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。

目前，用于制备储能电容器的固态高储能密度介质材料的研究主要集中在聚合物、陶瓷-聚合物复合材料以及陶瓷三大类。由于聚合物、陶瓷-聚合物复合材料的聚合物基体在150℃容易发生热分解或变形，因此，陶瓷介质材料成为制备耐高温脉冲电容器的主要候选材料。目前，无铅储能陶瓷材料主要集中在BaTiO₃、SrTiO₃、CaTiO₃和Bi_0.5Na_0.5Ti0₃等陶瓷材料上，但是，这些材料的储能密度和储能效率仍然较低，限制了这些材料的实际使用。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种无铅高储能密度陶瓷材料及其制备方法，本发明制备所得的无铅陶瓷材料的具有较高的储能密度和效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无铅高储能密度陶瓷材料，其化学式为(1-x)Li_0.42K_0.08Mg_0.4Ni_0.37Y_0.53Ti_0.5O₃·xBi₂O₃，其中x为Bi₂O₃的摩尔分数，且0.3≤x≤0.5。优选地，所述无铅高储能密度陶瓷材料的化学式为0.6Li_0.42K_0.08Mg_0.4Ni_0.37Y_0.53Ti_0.5O₃·0.4Bi₂O₃。

本发明还提供所述无铅高储能密度陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照化学式(1-x)Li_0.42K_0.08Mg_0.4Ni_0.37Y_0.53Ti_0.5O₃·xBi₂O₃，式中0.3≤x≤0.5，分别称取原料于球磨机中以丙酮或无水乙醇为分散剂球磨混匀，然后放入烘箱干燥得粉体A；

(2)将所述粉体A过筛、压块，然后放入高温炉中于750-850℃预烧2-4小时，得块状固体，将块状固体粉碎后再次在球磨机中以丙酮或无水乙醇为分散剂球磨并干燥得粉体B；

(3)向所述粉体B加入有机粘结剂造粒，造粒后在模具中压制成型、排胶，得陶瓷坯体；

(4)将所述陶瓷坯体放入高温炉中，首先以8-12℃/min的升温速率加热到1100-1150℃，保温1-2小时；然后以升温至1180-1250℃，保温2-3小时，然后随炉冷却；即得块状无铅高储能密度陶瓷材料；

(5)将块状无铅高储能密度陶瓷材料精修至0.2-0.3cm厚，双面用丝网刷上银浆后，在700-850℃条件下烧渗银电极，得成品无铅高储能密度陶瓷材料。

本发明中，优选地，所称取的原料为Li₂CO₃、K₂CO₃、MgO、Ni₂O₃、Y₂O₃、TiO₂和Bi₂O₃。

本发明中，优选地，步骤(1)和步骤(2)所述球磨采用的是行星式球磨机；球磨过程的球磨介质均为氧化锆球，粉体A：球磨介质：分散剂的重量比均为1：(2-4)：(1-3)；球磨机转速均为250-300r/min，球磨时间均为10-20小时。