[发明专利]一种钛酸铋钠基高储能密度陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种钛酸铋钠基高储能密度陶瓷材料及其制备方法，首先按照化学式Bi_0.5‑xLa_x(Na_0.82K_0.18)_0.5(Al_0.5Nb_0.5)_0.08Ti_0.9Zr_0.02O₃进行配料，其中x表示La³⁺的摩尔分数，且0≤x≤0.08；经球磨、干燥后获得粉体；将有机溶剂和乳化剂混合均匀，然后加入原料粉体、粘结剂、分散剂和增塑剂，并混合均匀，进行流延成型，然后裁切和叠加、加压、排胶、烧结，得到钛酸铋钠基高储能密度陶瓷材料。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，该陶瓷材料在室温下的储能密度可达2.3J/cm³以上。

技术领域

本发明属于储能陶瓷领域，具体是一种钛酸铋钠基高储能密度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，目前储能元件不断向高电压，大电流和高储能密度方向的发展，储能介质也不断向更高的介电性能的方向发展。按照这一发展趋势，制备出高介电常数，高击穿强度的储能介质材料成了储能介质材料发展的目标。

线性电介质、铁电材料和反铁电材料是目前三种典型的用于储能的陶瓷电介质。在这些储能材料中，线性电介质拥有小的介电常数和高的击穿电场，然而他的饱和极化强度太低，导致储能密度不高；反铁电体更有可能被用于高能量储存，因为它们的饱和极化强度更大，更小的剩余极化强度和合适的击穿电场。然而，大多数的反铁电材料都是含铅的材料，它们对环境不友好。随着环境质量的提高和人类健康的要求，那些对环境有害的材料需要用无铅材料代替。作为有毒含铅储能陶瓷材料的替代品，铁电材料Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)陶瓷，最近受到了极大的关注，因为它具有大的饱和极化强度和强大的介电性能，且BNT中的Bi³⁺与Pb²⁺具有类似的孤对电子6s²配置。因此，通过合适的掺杂可以获得高储能密度的陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种钛酸铋钠基高储能密度陶瓷材料及其制备方法，这种陶瓷材料的储能密度以及介电常数的温度稳定性优异，并且具有环境友好、实用性高等特性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种钛酸铋钠基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Bi_0.5-xLa_x(Na_0.82K_0.18)_0.5(Al_0.5Nb_0.5)_0.08Ti_0.9Zr_0.02O₃进行配料并混合均匀，得到原料粉体，其中x表示La³⁺的摩尔分数，且0≤x≤0.08；以无水乙醇为介质，经球磨、干燥、预烧后获得粉体A；

(2)流延浆料的制备：将有机溶剂和乳化剂混合均匀，然后加入步骤(1)获得的粉体A、粘结剂、分散剂和增塑剂，并混合均匀，得到流延浆料；

(3)生坯的制备：将步骤(2)中获得的流延浆料采用流延成型的方法进行流延成型，然后叠加，并在150～200MPa压力下进行加压，得到陶瓷材料生坯；

(4)将步骤(3)制备的陶瓷材料生坯试样进行排胶处理，然后烧结成瓷，得到钛酸铋钠基高储能密度陶瓷材料。