[发明专利]一种反铁电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种反铁电陶瓷及其制备方法。所述反铁电陶瓷，原料主要包括钙钛矿型铌酸银化合物，所述钙钛矿型铌酸银化合物为AgNbO₃中掺杂有Bi、La或Ti元素，所述钙钛矿型铌酸银化合物的晶粒尺寸为400～600nm。由于选用了纳米级别的钙钛矿型铌酸银化合物，在烧结过程中能够有效降低烧结温度，实现节约能源、降低成本的效果。由于钙钛矿型铌酸银化合物掺杂有Bi、La或Ti元素，有效增强反铁电陶瓷的击穿强度，提高储能密度。该反铁电陶瓷的制备方法包括步骤：钙钛矿型铌酸银化合物的制备；造粒；陶瓷坯体制备；烧结。其中的钙钛矿型铌酸银化合物的制备步骤采用了水热反应制备钙钛矿型铌酸银化合物，使得后续的烧结过程可以在无气氛保护的环境下进行。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料组合物技术领域，特别涉及一种反铁电陶瓷的制备方法，以及由该制备方法获得的反铁电陶瓷。

背景技术

近高储能密度电介质储能材料在各种电力、电子系统中扮演着越来越重要的角色，特别是在高能脉冲功率技术领域有着不可替代的应用。其中，锆钛酸铅(PZT)基储能介质陶瓷性能良好，稳定可靠而被广泛使用，但该体系材料中含有大量有毒的铅元素。随着环境保护和人类社会可持续发展的需求，各国开始禁止使用各种含铅电子器件，我国亦颁布实施“电子信息产品污染防治管理办法”来限制含铅材料的使用。因此，为满足器件小型化、轻型化及多功能方向发展，研究和开发高储能密度无铅介质储能材料已成为当下关注的焦点。

环境友好型AgNbO₃无铅反铁电陶瓷表现出双电滞回线，储能密度高、热稳定性好，作为无铅储能材料显示出广阔的应用前景。已有资料显示通过传统固相烧结法制备的纯AgNbO₃无铅反铁电陶瓷，研究结果显示了良好的储能性能，储能密度达到2.1J/cm³。此外，AgNbO₃无铅反铁电陶瓷与铅基陶瓷相比，具有更小的体积密度，符合电子器件轻型化的发展趋势。

然而，现有技术的铌酸银具有较高的剩余极化和较低的相变电场强度，因而有效储能密度不高。因此，有必要提供一种新的技术方案以克服上述缺陷。

发明内容

本发明目的在于提供一种反铁电陶瓷及其制备方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明一方面提供了一种反铁电陶瓷，原料主要包括钙钛矿型铌酸银化合物，所述钙钛矿型铌酸银化合物为AgNbO₃中掺杂有Bi、La或Ti元素，所述钙钛矿型铌酸银化合物的晶粒尺寸为400～600nm。

由于选用了纳米级别的钙钛矿型铌酸银化合物，在烧结过程中能够有效降低烧结温度，实现节约能源、降低成本的效果。由于钙钛矿型铌酸银化合物掺杂有Bi、La或Ti元素，有效增强反铁电陶瓷的击穿强度，提高储能密度。

在本发明的一些应用实施方式中，所述钙钛矿型铌酸银化合物掺杂有Ti，其结构式(Ⅰ)为Ag(Ti_xNb_1-x)O₃，其中0＜x＜1；优选地，0≤x≤0.15。

在本发明的一些应用实施方式中，所述钙钛矿型铌酸银化合物掺杂有La，其结构式(Ⅱ)为(Ag_1-yLa_y)NbO₃，其中0＜y＜1；优选地，0≤y≤0.15。

在本发明的一些应用实施方式中，所述钙钛矿型铌酸银化合物掺杂有Bi，其结构式(Ⅲ)为(Ag_1-zBi_z)NbO₃，其中0＜z＜1；优选地，0≤z≤0.15。

掺杂有Bi、La或Ti元素的钙钛矿型铌酸银化合物可以有效增强反铁电陶瓷的击穿强度，提高储能密度。

本发明另一方面提供了所述反铁电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：