[发明专利]具有高储能密度和效率的钛酸铋钠基电子陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高储能密度和效率的钛酸铋钠基电子陶瓷的制备方法，克服了现有技术中钛酸铋钠基储能陶瓷能量存储性能不佳的问题，制备的产品能量存储密度以及效率高、电学稳定性好。本发明的材料化学组成为(1‑x)((Bi_0.5‑yLa_yNa_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃)‑xSr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃，其中x＝0.05‑0.2，y＝0.03。该陶瓷的制备工艺简单，可重复性高，对配方组分进行化学比例的计算，称量高纯的原料粉末，经球磨烘干、预烧结、造粒压片、高温烧结，制得具有高储能密度和效率的钛酸铋钠基电子陶瓷。该钛酸铋钠基电子陶瓷材料储能密度最大值为1.83J/cm³，储能效率为83％。

技术领域：

本发明属于功能陶瓷材料技术领域，涉及一种电子陶瓷材料的制备方法，具体涉及一种具有高储能密度和效率的钛酸铋钠基电子陶瓷的制备方法。

背景技术：

储能陶瓷电容器具有功率密度高、充放电速度快、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境的优点，符合新时期能源利用的要求，在电力电子系统中起着关键作用。高储能密度陶瓷电容器在电磁脉冲武器、电动汽车、手机等消费电子、医疗器械等有广泛的应用，还可以用做粒子加速器的驱动元件，微波、激光、航天器等大功率发射装置等，其市场需求量大、产业化前景广阔。世界各国元器件生产企业都在电子陶瓷及其元器件的新产品、新技术、新工艺、新材料、新设备方面投入巨资进行研究开发。现代科学技术的加速发展对电子陶瓷材料提出来严峻的挑战，也为这一领域的研究和发展创造了机会。

目前，储能陶瓷材料的性能优化主要是通过掺杂取代、固溶其他组元等方式改进材料的化学组成而实现的。储能电子陶瓷材料主要有铅基(Pb-)、钛酸铋钠基(BNT-)、钛酸钡基(BT-)、铁酸铋基(BF-)、铌酸钾钠基(KNN-)、铌酸银基(AN-)等。

含铅储能电子陶瓷具有大的储能密度(＞2J/cm³)，但储能效率较低(＜70％)，并且含有毒重金属铅元素，危害人体健康。钛酸钡基的储能陶瓷受限于其较低的极化强度，虽然可以实现大的能量存储效率(＞85％)，但是储能密度较低(＜1.5J/cm³)。铁酸铋基储能陶瓷由于漏电导严重，击穿电压较低，因此储能密度小于1J/cm³。铌酸钾钠基的储能陶瓷由于烧结温度窗口窄，对制备条件的要求高，并且储能效率低于65％，不适于工业生产。铌酸银基的储能陶瓷原料需要氧化银，成本较高，并且制得的反铁电材料具有大的电致伸缩效应，不利于在应用在储能元件之中。而钛酸铋钠基储能陶瓷，原料价格低，制备过程简单，容易在高温下烧结出致密的陶瓷结构，并且有相对较高的极化强度，容易获得较高的击穿电压，因此适合应用于高功率的脉冲电子器件，具有较高的工程实用价值，但其能量存储性能不是很理想。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有高电能存储密度和效率的钛酸铋钠基电子陶瓷的制备方法，其克服了现有技术中钛酸铋钠基储能陶瓷能量存储性能不佳的问题；其制备方法操作简单、重复性好；其制备的产品能量存储密度以及效率高、电学稳定性好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有高储能密度和效率的钛酸铋钠基电子陶瓷，其特征在于，该钛酸铋钠基电子陶瓷材料的化学组成为(1-x)((Bi_0.5-yLa_yNa_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃)-xSr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃，其中x和y表示陶瓷体系中的摩尔质量，x为0.05-0.2，y为0.03。

具体包括以下步骤：