[发明专利]一种钛酸钡/正二钛酸钙复合陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于压电材料技术领域，具体涉及一种钛酸钡/正二钛酸钙复合陶瓷及其制备方法和应用。本发明提供了一种BaTiO₃/Ca₃Ti₂O₇复合陶瓷，包括Ca₃Ti₂O₇和BaTiO₃；所述Ca₃Ti₂O₇和BaTiO₃的摩尔比为1～3：7～9。本发明通过复合陶瓷的成分和成分比例，有效调控复合陶瓷在外加驱动电场下形变所产生的机械应力，从而降低复合陶瓷的形变，提升复合陶瓷的储能效率和抗疲劳性能。

技术领域

本发明属于压电材料技术领域，具体涉及一种钛酸钡/正二钛酸钙复合陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

目前，储能技术的研究主要集中在介质电容器、电化学电容器、电池和固体氧化物燃料电池。与其他几种储能技术相比，电介质电容器储能密度较低，但具有较高的功率密度。如果介电陶瓷电容器的储能密度提高，那么将有利于电子元件的小型化、轻量化。尽管提高外加电场强度可以提高陶瓷电容器的储能密度，但陶瓷电容器在高电场下会产生更大的体积变化，这会给器件带来不可避免地损耗，储能性能会显著降低。

然而，目前并没有一种既能用于储能又不会在电场下产生形变的理想材料，并且常规铁电陶瓷材料大多表现出正压电效应，即当极化方向与外加电场方向一致时，材料会在外加电场方向上有拉伸形变，而负压电效应则与之相反。目前国内外已报道的负压电材料只有四种CuInP₂S₆、PVDF、BTAs和Ca₃Ti₂O₇，其中前三种(CuInP₂S₆、PVDF和BTAs)均为有机体系材料，只有Ca₃Ti₂O₇是无机材料。但是，无论是正压电材料还是负压电材料，都不能避免材料在电场中产生较大形变，以至于储能效率降低(一般储能效率为40～50％)。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钛酸钡/正二钛酸钙复合陶瓷及其制备方法和应用。本发明提供的BaTiO₃/Ca₃Ti₂O₇复合陶瓷在电场中的形变量较低，储能效率较高。

为了解决上述问题，本发明提供了一种BaTiO₃/Ca₃Ti₂O₇复合陶瓷，包括Ca₃Ti₂O₇和BaTiO₃；所述Ca₃Ti₂O₇和BaTiO₃的摩尔比为1～3：7～9。

本发明还提供了上述所述BaTiO₃/Ca₃Ti₂O₇复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将Ca₃Ti₂O₇粉末和BaTiO₃粉末依次进行混合、压制和烧结，得到所述BaTiO₃/Ca₃Ti₂O₇复合陶瓷；

所述Ca₃Ti₂O₇粉末和BaTiO₃粉末的摩尔比为1～3：7～9。

优选地，所述Ca₃Ti₂O₇粉末的粒径为74～150μm；所述BaTiO₃粉末的粒径为74～150μm。