CN104649663B - 一种钛酸铋钠基高储能密度复相陶瓷及其制备方法 - Google Patents
一种钛酸铋钠基高储能密度复相陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104649663B CN104649663B CN201510104202.5A CN201510104202A CN104649663B CN 104649663 B CN104649663 B CN 104649663B CN 201510104202 A CN201510104202 A CN 201510104202A CN 104649663 B CN104649663 B CN 104649663B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy storage
- hours
- complex phase
- tio
- 35bao
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高耐压、高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料，成分以通式(1‑x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3‑x(35BaO‑15ZnO‑10Al2O3‑20B2O3‑20SiO2)来表示，其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5。本发明在反铁电相中添加玻璃粉，采用两歩烧结，通过玻璃相填充孔洞，获得微观结构均匀致密复相陶瓷。本发明的复相度陶瓷具有优异的储能密度、储能效率及高耐压性，储能密度可达1.86J/cm3，储能效率可达80%、耐压可达223kV/cm，损耗低，在脉冲电源领域应用前景好。
Description
技术领域
本发明涉及介电储能陶瓷材料，具体是一种高储能密度复相介电陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
高储能密度储能电容器广泛应用于现代电子能源系统，如混合动力汽车、新能源电力系统、微型电子设备领域。陶瓷电介质具有介电常数高、老化速度慢、机械强度高、损耗低、介电可调且温度适应性好和可以在复杂环境下使用等优点，是制备高功率大密度电容器的理想材料，但也存在着介电击穿强度较低而导致的储能密度较低的缺点，难以满足新技术进一步发展的需求。
陶瓷电介质击穿强度较低主要来源于陶瓷致密性及内部的孔洞，在施加高场是成为薄弱环节容易击穿。无气孔的玻璃能够消除电场局域集中，击穿强度大幅提高。因此，在陶瓷基体中添加适量的玻璃相，可以优化微观结构，减小气孔率、气孔尺寸、晶粒尺寸，得到均一致密的晶粒结构，最大限度的提高击穿强度。同时可以改善介电常数温度稳定性、介电损耗、饱和极化、剩余极化等相关性能，优化储能特性。目前在铅基陶瓷与钛酸钡基陶瓷中添加玻璃相的报导较多，也获得较好的储能特性。
迄今为止，在非化学计量钛酸铋钠基反铁电陶瓷中添加玻璃组成制备复相陶瓷材料，以获得优良的储能性能还未见报道。
发明内容
本发明目的是要提供一种具有高耐压、高储能密度与储能效率的绿色环保复相陶瓷材料及其制备方法。这种复相陶瓷材料具有优异的储能密度及储能效率，储能密度可达1.86 J/cm3，储能效率可达80%，耐压好、损耗低、实用性好。
实现本发明目的的技术方案是：
一种高耐压、高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料，其配方为：
(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2)
其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5。
本发明高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1) 将原料按照化学式35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于1150°C保温2小时形成熔融玻璃液，然后快速将熔料倒入载有纯净水的托盘中，过滤磨细过300目筛，获得玻璃粉末。
(2) 将原料按照化学式(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3 进行配料，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于860°C预烧2小时合成粉末。
(3)将步骤(1)与(2)的预烧粉末按照化学式(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06
TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2)配料，其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5，以无水乙醇为介质高能球磨12小时，干燥后获得粉末；
(4) 将步骤(3)获得的粉末加入3%(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，压制成型圆片，然后在600°C保温2小时排除PVA。
(5) 将步骤(4)获得成型圆片采用两歩烧结法，第一步升温到烧结温度1050-1120°C，不保温，第二步快速降温到900-1050°C，保温时间6小时；
(6) 样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极，然后测试储能特性与电性能。
本发明通过在非化学计量比反铁电(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3成分中添加玻璃粉，结合两歩烧结，获得高致密度高耐压的复相陶瓷材料。本发明制备工艺简单、稳定，适合工业推广应用。本发明的复相陶瓷储能性能优良，储能密度可达1.86 J/cm3，储能效率可达80%，耐压性好，损耗低。
附图说明：
附图1：本发明陶瓷材料的电滞回线。
具体实施方式
通过下面给出的实施例，可以进一步清楚的了解本发明的内容，但它们不是对本发明的限定。
实施例1：
制备成分为：(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-
20SiO2)，其中x表示摩尔分数，x=0.05的复相陶瓷材料。
制备方法包括如下步骤：
(1) 以分析纯粉末BaCO3、ZnO、Al2O3、B2O3和SiO2为原料，按照化学式35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于1150°C保温2小时形成熔融玻璃液，然后快速将熔料倒入载有纯净水的托盘中，过滤磨细过300目筛，获得玻璃粉末。
(2) 以分析纯粉末BaCO3、Bi2O3、Na2CO3和TiO2为原料，将原料按照化学式(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3 进行配料，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于860°C预烧2小时合成粉末。
(3)将步骤(1)与(2)的预烧粉末按照化学式(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3
-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2)配料，其中x表示摩尔分数，x=0.05，以无水乙醇为介质高能球磨12小时，干燥后获得粉末；
(4) 将步骤(3)获得的粉末加入3%(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，压制成型圆片，然后在600°C保温2小时排除PVA。
(5) 将步骤(4)获得成型圆片采用两歩烧结法，第一步升温到烧结温度1120°C，不保温，第二步快速降温到1020°C，保温时间6小时；
(6) 样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极，然后测试储能特性与电性能。
性能如表1所示。
实施例2：
制备成分为：(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-
20SiO2)，其中x表示摩尔分数，x=0.08的复相陶瓷材料。
制备方法同实施例1，不同的是第一步烧结温度1100°C，第二步烧结温度1010°C。
性能如表1所示。
实施例3：
制备成分为：(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-
20SiO2)，其中x表示摩尔分数， x=0.15的复相陶瓷材料。
制备方法同实施例1，不同的是第一步烧结温度1060°C，第二步烧结温度970°C。
性能如表1所示。
实施例4：
制备成分为：(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-
20SiO2)，其中x表示摩尔分数， x=0.28的复相陶瓷材料。
制备方法同实施例1，不同的是第一步烧结温度1050°C，第二步烧结温度920°C。
性能如表1所示。
实施例5：
制备成分为：(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-
20SiO2)，其中x表示摩尔分数，x=0.12的复相陶瓷材料。
制备方法同实施例1。
性能如表1所示。
实施例6：
制备成分为：(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-
20SiO2)，其中x表示摩尔分数，x=0.22的复相陶瓷材料。
制备方法同实施例4。
性能如表1所示。
表1 实施例样品的电性能
| 样品 | 储能密度W(J/cm3) | 储能效率η(%) | 介电损耗tanδ(%) | 击穿强度E(kV/cm) |
| 实施例1 | 1.86 | 80 | 0.09 | 216 |
| 实施例2 | 1.83 | 76 | 0.10 | 208 |
| 实施例3 | 1.80 | 72 | 0.11 | 189 |
| 实施例4 | 1.30 | 73 | 0.13 | 196 |
| 实施例5 | 1.05 | 80 | 0.08 | 201 |
| 实施例6 | 0.97 | 78 | 0.07 | 223 |
通过上面给出的实施例，可以进一步清楚的了解本发明的内容，但它们不是对本发明的限定。
Claims (2)
1.一种高耐压、高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料，其特征是：组成通式为：(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2)，
其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5。
2.如权利要求1所述的复相陶瓷介电材料的制备方法，其特征是：主要包含以下步骤：
(1) 将原料按照化学式35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于1150°C保温2小时形成熔融玻璃液，然后快速将熔料倒入载有纯净水的托盘中，过滤磨细过300目筛，获得玻璃粉末；
(2) 将原料按照化学式(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3 进行配料，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于860°C预烧2小时合成粉末；
(3)将步骤(1)与(2)的预烧粉末按照化学式(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3
-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2)配料，其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5，以无水乙醇为介质高能球磨12小时，干燥后获得粉末；
(4)将步骤(3)获得的粉末加入3%(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，压制成型圆片，然后在600°C保温2小时排除PVA；
(5) 将步骤(4)获得的成型圆片采用两歩烧结法，第一步升温到烧结温度1050-1120°C，不保温，第二步快速降温到900-1050°C，保温时间6小时；
(6) 样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极即成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510104202.5A CN104649663B (zh) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 一种钛酸铋钠基高储能密度复相陶瓷及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510104202.5A CN104649663B (zh) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 一种钛酸铋钠基高储能密度复相陶瓷及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104649663A CN104649663A (zh) | 2015-05-27 |
| CN104649663B true CN104649663B (zh) | 2016-10-12 |
Family
ID=53241374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510104202.5A Expired - Fee Related CN104649663B (zh) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 一种钛酸铋钠基高储能密度复相陶瓷及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104649663B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106365634B (zh) * | 2016-08-27 | 2018-12-18 | 安阳华森纸业有限责任公司 | 一种氧化锌掺杂的钛酸铋钠-钴酸铋压电薄膜及其制备方法 |
| CN111995391A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-27 | 同济大学 | 高储能密度电容器用低烧反铁电陶瓷材料及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100575302C (zh) * | 2007-10-18 | 2009-12-30 | 桂林电子科技大学 | 一种三元系钛酸铋钠基无铅压电陶瓷 |
| CN101234895A (zh) * | 2008-02-04 | 2008-08-06 | 桂林电子科技大学 | 一种钛酸铋钠基无铅压电陶瓷 |
| CN102584254B (zh) * | 2012-02-16 | 2014-05-28 | 江苏大学 | 一种添加物及其降低无铅ptc热敏陶瓷烧结温度的应用 |
| CN103021653B (zh) * | 2012-11-30 | 2016-01-06 | 内蒙古科技大学 | 一种掺玻璃粉高储能密度的无铅铁电厚膜及制备方法 |
| CN103708828B (zh) * | 2013-12-06 | 2015-01-21 | 西安交通大学 | 一种钛酸铋钠-钛酸钡无铅复合压电厚膜的制备方法 |
-
2015
- 2015-03-10 CN CN201510104202.5A patent/CN104649663B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104649663A (zh) | 2015-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101781115B (zh) | X8r型多层陶瓷电容器介质材料及制备方法 | |
| CN106699170B (zh) | 一种钛酸锶基无铅高储能密度高储能效率陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN103317140A (zh) | 一种流延法制备W-Cu体系梯度复合材料的方法 | |
| CN106587986B (zh) | 具备储能、应变与宽介电温区的多功能无铅陶瓷及制备方法 | |
| CN103755339A (zh) | 一种巨介电常数低介电损耗SrTiO3陶瓷材料的制备方法 | |
| CN102219479A (zh) | 一种应用于高温下的ntc材料及其制备方法 | |
| CN104529435A (zh) | 铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN113716956A (zh) | 一种锆钛酸锶固溶改性钛酸铋钠基陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN104649663B (zh) | 一种钛酸铋钠基高储能密度复相陶瓷及其制备方法 | |
| CN107602115B (zh) | 一种无铅高储能密度和宽温稳定陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN105174943B (zh) | 一种介电储能陶瓷及其制备方法 | |
| CN112521145B (zh) | 钛酸锶钡基高储能密度和功率密度陶瓷及其制备方法 | |
| CN103951414A (zh) | 具有低介电损耗巨电容率和压敏特性陶瓷材料的制造方法 | |
| CN107445611B (zh) | 一种无铅低损耗高储能密度陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN107445616B (zh) | 一种钛酸锶基无铅耐高压储能陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN104710171B (zh) | 一种高储能密度钛酸锶铋基复相陶瓷及其制备方法 | |
| CN108863349A (zh) | 一种钛酸钡基无铅高介温度稳定型陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN104671778B (zh) | 一种高场大应变及高储能密度无铅陶瓷及其制备方法 | |
| CN103708826A (zh) | 低介电损耗钛酸锶钡热释电陶瓷及其制备方法 | |
| CN103268826B (zh) | 一种具有纳米SiC薄膜的叠层超级电容及其制备方法 | |
| CN107459347B (zh) | 一种具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN104671777B (zh) | 一种同时具备高电致应变、高储能密度与高稳定介电性能等多功能无铅陶瓷及其制备方法 | |
| CN114573338A (zh) | 一种高储能密度介电陶瓷的制备方法及应用 | |
| CN114591080A (zh) | 一种具有高储能密度介电陶瓷材料的制备方法及应用 | |
| KR101383356B1 (ko) | 고유전율을 갖는 복합 세라믹 유전체 조성물 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161012 |