CN108516827B - 一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108516827B
CN108516827B CN201810630435.2A CN201810630435A CN108516827B CN 108516827 B CN108516827 B CN 108516827B CN 201810630435 A CN201810630435 A CN 201810630435A CN 108516827 B CN108516827 B CN 108516827B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy storage
powder
lead
ceramic material
hours
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.)
Active
Application number
CN201810630435.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108516827A (zh
Inventor
白晗
李均
洪杨
周忠祥
施扣忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201810630435.2A priority Critical patent/CN108516827B/zh
Publication of CN108516827A publication Critical patent/CN108516827A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108516827B publication Critical patent/CN108516827B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3215—Barium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/442—Carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法，它涉及陶瓷材料及其制备方法。它是要解决现有铅基陶瓷介电储能材料中铅的环境污染及介电储能效率低的技术问题。本发明的陶瓷材料的化学表达式为(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2‑xFexO6，其中0＜x≤0.05。制法：碳酸锶、碳酸钡、五氧化二铌和三氧化二铁粉末混合后湿法球磨，烘干后放在管式炉预烧，然后再湿法球磨，烘干后加入粘结剂压制成预制体，再将预制体于管式炉中烧结，得到无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料。该陶瓷材料的介电储能效率为833％～93％，介电储能密度为0.59～0.69J/cm3，可用于电气、电子领域。

Description

一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及无铅陶瓷材料及其制备方法
背景技术
随着全球环境问题、能源危机以及温室效应的日趋严重，对于清洁能源系统以及其能源利用率提出了更高的要求。电介质储能电容器由于其快的充放电速度以及巨大的瞬间放电功率的优点广泛用于电子电力系统中的脉冲功率系统。目前的脉冲功率系统中的电介质储能材料以固态电介质为主，主要包括聚合物介质储能材料和陶瓷介质储能材料。虽然聚合物电介质储能材料具有非常高的击穿强度，但是其小的介电常数限制了其在介电储能方面的进一步应用。而陶瓷介电储能材料具有高的击穿强度，高的储能密度以及高的储能效率所以在介电储能领域被广泛应用。而目前陶瓷介电储能材料中储能密度最高的是铅基的钙钛矿结构的反铁电材料。但是铅基材料中高的铅含量会产生严重的环境问题并且铅的剧毒性也会对人体造成伤害，所以无铅高介电储能密度和高储能效率的新型陶瓷介电材料成为电介质储能材料新的追求目标。
发明内容
本发明是要解决现有铅基陶瓷介电储能材料中的铅污染环境以及介电储能效率低的技术问题，而提供一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法。
本发明的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的化学表达式为：(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6，其中0＜x≤0.05。简写为SBNF-x(0＜x≤0.05)。
本发明的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，按以下步骤进行：
一、将碳酸锶(SrCO3)、碳酸钡(BaCO3)、五氧化二铌(Nb2O5)和三氧化二铁(Fe2O3)粉末按照(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6)的化学计量比称量并混合均匀，得到混合粉末；其中0＜x≤0.05；
二、将步骤一得到的混合粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在60～120℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1100～1250℃的条件下保持3～6h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在60～120℃烘干，得到粉末B，然后按10g粉末B加入1～3ml质量分数为5～10％的聚乙烯醇溶液的比例，向粉末B中加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，混合均匀后，加入模具中，压制成预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至500～700℃保温2～5h，进行排胶处理；
七、将经步骤六排胶处理后的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1250～1500℃烧结3～8h，得到无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料。
本发明的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料为铌酸锶钡基陶瓷，它在室温下是四方相钨青铜结构，属于P4bm点群。在室温下为弛豫铁电体电滞回线为细长型，有利于提高介电储能效率，并且其击穿强度最高可达150kV/cm，也能很大程度上提高其介电储能效率与介电储能密度。本发明的陶瓷材料的介电储能效率为833％～93％，介电储能密度为0.59～0.69J/cm3，制备方法简单，不使用专用设备，不需要特殊气氛烧结，可大规模制备，不含对环境有污染的元素铅。
本发明的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料可用于电气、电子领域。
附图说明
图1是实施例1制备SBNF-0.02陶瓷表面的扫描电镜图；
图2是实施例2制备SBNF-0.04陶瓷表面的扫描电镜图；
图3是实施例3制备SBNF-0.06陶瓷表面的扫描电镜图；
图4是实施例4制备SBNF-0陶瓷表面的扫描电镜图；
图5是实施例1制备SBNF-0.02陶瓷的粉末X射线衍射图谱以及全谱拟合结果；
图6是实施例2制备SBNF-0.04陶瓷的粉末X射线衍射图谱以及全谱拟合结果；
图7是实施例3制备SBNF-0.06陶瓷的粉末X射线衍射图谱以及全谱拟合结果；
图8是实施例4制备SBNF-0陶瓷的粉末X射线衍射图谱以及全谱拟合结果；
图9是实施例1制备SBNF-0.02陶瓷的电滞回线以及介电储能参数；
图10是实施例2制备SBNF-0.04陶瓷的电滞回线以及介电储能参数；
图11是实施例3制备SBNF-0.06陶瓷的电滞回线以及介电储能参数；
图12是实施例4制备SBNF-0陶瓷的电滞回线以及介电储能参数；
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的化学表达式为(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6，其中0＜x≤0.05。简写为SBNF-x(0＜x≤0.05)。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，按以下步骤进行：
一、将碳酸锶(SrCO3)、碳酸钡(BaCO3)、五氧化二铌(Nb2O5)和三氧化二铁(Fe2O3)粉末按照(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6)的化学计量比称量并混合均匀，得到混合粉末；其中0＜x≤0.05；
二、将步骤一得到的混合粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在60～120℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1100～1250℃的条件下保持3～6h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在60～120℃烘干，得到粉末B，然后按10g粉末B加入1～3ml质量分数为5～10％的聚乙烯醇溶液的比例，向粉末B中加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，混合均匀后，加入模具中，压制成预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至500～700℃保温2～5h，进行排胶处理；
七、将经步骤六排胶处理后的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1250～1500℃烧结3～8h，得到无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤三中烘干温度为80～100℃；其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤三中的预烧温度为1200℃，预烧时间为5h。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤五中的烘干温度为80～100℃。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤五中预制体是在200～500MPa的压强下保持1～5分钟后得到的。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤七的烧结温度为1300～1400℃，烧结时间为5～6h。其它与具体实施方式二至六之一相同。
用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料(Sr0.5Ba0.5)1.02Nb1.98Fe0.02O6的化学计量比称取0.02295mol碳酸锶(SrCO3)、0.02295mol碳酸钡(BaCO3)、0.04455mol五氧化二铌(Nb2O5)和0.00045mol三氧化二铁(Fe2O3)粉末按并混合均匀，得到混合粉末；
二、将步骤一得到的混合粉末加入60mL酒精，在球磨机中以500rpm的转速球磨8h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在80℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1100℃的条件下保持4h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入60mL酒精，在球磨机中以500rpm的转速球磨8h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在80℃烘干，得到粉末B，然后向粉末B中加入2ml的质量分数8％的聚乙烯醇溶液作粘结剂，混合均匀后，加入直径为Φ13mm的模具中，在400MPa的压强下保持1分钟压制成厚度约为1.5mm的片状预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至700℃保温3h，进行排胶处理；
七、将排胶处理后的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1400℃烧结4h，得到无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料，记为SBNF-0.02。
实施例2：本实施例的无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法按以下步骤进行：
一、按无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料(Sr0.5Ba0.5)1.04Nb1.96Fe0.04O6的化学计量比称取0.0234mol碳酸锶(SrCO3)、0.0234mol碳酸钡(BaCO3)、0.0441mol五氧化二铌(Nb2O5)和0.0009mol三氧化二铁(Fe2O3)粉末按并混合均匀，得到混合粉末；
二、将步骤一得到的混合粉末加入60mL酒精，在球磨机中以400rpm的转速球磨12h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在100℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1150℃的条件下保持4h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入60mL酒精，在球磨机中以400rpm的转速球磨12h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在80℃烘干，得到粉末B，然后向粉末B中加入2ml的质量分数5％的聚乙烯醇溶液作粘结剂，混合均匀后，加入直径为Φ13mm的模具中，在400MPa的压强下保持1分钟压制成厚度约为1.5mm的片状预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至700℃保温3h，进行排胶处理；
七、将经排胶处理后的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1400℃烧结4h，得到无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料，记为SBNF-0.04。
实施例3：本实施例是一个对比试验，加大掺杂的铁元素的含量，具体的制备方法按以下步骤进行：
一、按陶瓷材料(Sr0.5Ba0.5)1.06Nb1.94Fe0.06O6的化学计量比称取0.02385mol碳酸锶(SrCO3)、0.02385mol碳酸钡(BaCO3)、0.04365mol五氧化二铌(Nb2O5)和0.00135mol三氧化二铁(Fe2O3)粉末按并混合均匀，得到混合粉末；
二、将步骤一得到的混合粉末加入60mL酒精，在球磨机中以400rpm的转速球磨12h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在80℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1150℃的条件下保持4h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入60mL酒精，在球磨机中以400rpm的转速球磨12h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在80℃烘干，得到粉末B，然后向粉末B中加入3ml的质量分数5％的聚乙烯醇溶液作粘结剂，混合均匀后，加入直径为Φ13mm的模具中，在400MPa的压强下保持1分钟压制成厚度约为1.5mm的片状预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1400℃烧结4h，得到做为对比的陶瓷材料，记为SBNF-0.06。
实施例4：本实施例也是一个对比试验，不加入铁元素，具体的制备方法按以下步骤进行：
一、按陶瓷材料(Sr0.5Ba0.5)Nb2O6的化学计量比称取0.0225mol碳酸锶(SrCO3)、0.0225mol碳酸钡(BaCO3)和0.045mol五氧化二铌(Nb2O5)粉末按并混合均匀，得到混合粉末；
二、将步骤一得到的混合粉末加入60mL酒精，在球磨机中以400rpm的转速球磨12h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在80℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1100℃的条件下保持4h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入60mL酒精，在球磨机中以400rpm的转速球磨12h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在80℃烘干，得到粉末B，然后向粉末B中加入2ml的质量分数5％的聚乙烯醇溶液作粘结剂，混合均匀后，加入直径为Φ13mm的模具中，在400MPa的压强下保持1分钟压制成厚度约为1.5mm的片状预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至700℃保温3h，进行排胶处理；
七、将经排胶处理的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1400℃烧结5h，得到做为对比的陶瓷材料，记为SBNF-0。
实施例1-4制备出的陶瓷材料SBNF-0.02、SBNF-0.04、SBNF-0.06和SBNF-0的表面形貌的扫描电镜照片如图1，2，3和4所示，从图中可以看出该体系陶瓷的晶粒都为很致密的棒状晶粒，无气孔出现。并且棒状晶粒的直径与长度都随着铁掺杂的增多逐渐变小，这来源于结构中空位的减少，空位有利于晶粒生长过程中的物质运输。
图5、6、7和8是实施例1-4制备的SBNF-0.02、SBNF-0.04、SBNF-0.06和SBNF-0的陶瓷材料的粉末X射线衍射图谱(XRD)以及全谱拟合结果。从图中可以看出四个陶瓷都是四方钨青铜单相结构，空间点群为P4bm，没有任何第二相出现。对XRD的全谱拟合结果也在图中展示，拟合程度都很好，误差小。
图9、10、11和12是实施例1-4制备的SBNF-0.02，SBNF-0.04、SBNF-0.06和SBNF-0，陶瓷材料的电滞回线曲线以及介电储能性能。介电储能性能分为充电能量密度，放电能量密度和储能效率。充电能量密度Wc为第一象限的电滞回线的充电曲线与Y轴极化强度的积分面积，放电能量密度Wd为第一象限的电滞回线的放电曲线与Y轴极化强度的积分面积，储能效率为放电能量密度与充电能量密度之比。从图中可以看出作为对比的陶瓷材料SBNF-0和SBNF-0.06陶瓷的放电能量密度比较小，约为0.12J/cm3，储能效率也相对比较低为60％左右。但是对于SBNF-0.02和SBNF-0.04陶瓷样品，其击穿电压增大很多，达到130kV/cm和150kV/cm，使其放电能量密度增加，再加上其电滞回线变得细长，使得其储能效率增加。对于SBNF-0.02陶瓷，放电能量密度为0.595J/cm3，为未掺杂样品SBNF-0的4.6倍，并且其储能效率高达91.3％；对于SBNF-0.04陶瓷，放电能量密度为0.680J/cm3，为未掺杂样品SBNF-0的5.3倍，并且其储能效率为83.6％；所以SBNF-0.02和SBNF-0.04陶瓷样品符合无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的要求。
从实施例1～4可以看出，铌酸锶钡基无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6(0＜x≤0.05)具有高的介电储能性能。其中SBNF-0.02陶瓷介电储能密度为0.595J/cm3，介电储能效率为91.3％；SBNF-0.04陶瓷介电储能密度0.680J/cm3，介电储能效率为83.6％。所以本发明成功在无铅铌酸锶钡基陶瓷中实现了高介电储能密度和高介电储能效率。

Claims (7)

1.一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料的化学表达式为(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6，其中0.02≤x≤0.04；其制备方法按以下步骤进行：
一、将碳酸锶、碳酸钡、五氧化二铌和三氧化二铁粉末按照(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6的化学计量比称量并混合均匀，得到混合粉末；
二、将步骤一得到的混合粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在60～120℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1100～1250℃的条件下保持3～6h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在60～120℃烘干，得到粉末B，然后按10g粉末B加入1～3ml质量分数为5～10％的聚乙烯醇溶液的比例，向粉末B中加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，混合均匀后，加入模具中，压制成预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至500～700℃保温2～5h，进行排胶处理；
七、将经步骤六排胶处理后的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1250～1500℃烧结3～8h，得到无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料。
2.一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、将碳酸锶、碳酸钡、五氧化二铌和三氧化二铁粉末按照(Sr0.5Ba0.5)1+xNb2-xFexO6的化学计量比称量并混合均匀，得到混合粉末；其中0.02≤x≤0.04；
二、将步骤一得到的混合粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液A；
三、将步骤二得到的悬浊液A在60～120℃烘干，得到粉末A，然后再将该粉末A放入管式炉中，在温度为1100～1250℃的条件下保持3～6h，得到预烧粉末；
四、将步骤三得到的预烧粉末加入酒精，在球磨机中以200～500rpm的转速球磨8～24h，得到悬浊液B；
五、将步骤四得到的悬浊液B在60～120℃烘干，得到粉末B，然后按10g粉末B加入1～3ml质量分数为5～10％的聚乙烯醇溶液的比例，向粉末B中加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，混合均匀后，加入模具中，压制成预制体；
六、将步骤五中得到的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至500～700℃保温2～5h，进行排胶处理；
七、将经步骤六排胶处理后的预制体置于管式炉中，在空气气氛下升温至1250～1500℃烧结3～8h，得到无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤三中烘干温度为80～100℃。
4.根据权利要求2或3所述的一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤三中的预烧温度为1200℃，预烧时间为5h。
5.根据权利要求2或3所述的一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤五中的烘干温度为80～100℃。
6.根据权利要求2或3所述的一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤五中预制体是在200～500MPa的压强下保持1～5分钟后得到的。
7.根据权利要求2或3所述的一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤七的烧结温度为1300～1400℃，烧结时间为5～6h。
CN201810630435.2A 2018-06-19 2018-06-19 一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法 Active CN108516827B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810630435.2A CN108516827B (zh) 2018-06-19 2018-06-19 一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810630435.2A CN108516827B (zh) 2018-06-19 2018-06-19 一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108516827A CN108516827A (zh) 2018-09-11
CN108516827B true CN108516827B (zh) 2020-01-03

Family

ID=63427767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810630435.2A Active CN108516827B (zh) 2018-06-19 2018-06-19 一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108516827B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110357629B (zh) * 2019-08-20 2021-05-28 南京大学 一种钨青铜与钙钛矿结构氧化物形成的固溶体及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104098332A (zh) * 2013-04-15 2014-10-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种无铅热释电陶瓷材料及其制备方法
CN104496471A (zh) * 2014-11-26 2015-04-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高居里温度无铅热释电陶瓷材料及其制备方法
CN107010953A (zh) * 2017-05-17 2017-08-04 哈尔滨工业大学 一种单相多铁陶瓷材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104098332A (zh) * 2013-04-15 2014-10-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种无铅热释电陶瓷材料及其制备方法
CN104496471A (zh) * 2014-11-26 2015-04-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高居里温度无铅热释电陶瓷材料及其制备方法
CN107010953A (zh) * 2017-05-17 2017-08-04 哈尔滨工业大学 一种单相多铁陶瓷材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Effect of Fe Doping on Ferroelectric and Ferromagnetic Properties of Sr0.5Ba0.5Nb2-xFexO6 Ceramics ";Sung Yong Cho et al.;《Journal of the Korean Physical Society》;20061231;第49卷;第S667-S670页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108516827A (zh) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111393161B (zh) 钛酸铋钠钛酸锶基储能陶瓷材料及其制备方法
CN109650885A (zh) 一种掺镧铌酸银无铅反铁电储能陶瓷材料及其制备方法
CN111233470B (zh) 一种具有优异充放电性能的反铁电陶瓷材料及其制备方法
CN112811902B (zh) 一种高储能密度的钛酸铋钾基三元无铅铁电陶瓷材料及其制备
CN111548156A (zh) 一类高储能密度和温度稳定性的铌酸银基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法
CN109369154B (zh) 一种储能效率提高的反铁电储能陶瓷及其制备方法与应用
CN111018516A (zh) 钛酸钡基高储能密度电子陶瓷及其制备方法
CN108516827B (zh) 一种无铅高介电储能密度和高储能效率的陶瓷材料及其制备方法
CN111253151B (zh) 具有高储能密度和高功率密度的铁酸铋钛酸钡基陶瓷及制备方法
CN112142466B (zh) 一种铌镱酸铅基反铁电陶瓷材料及其制备方法
CN108439974A (zh) 脉冲储能介质陶瓷材料及其制备方法
CN113582667A (zh) 一种可低温共烧的高储能反铁电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN110981477B (zh) 一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法
CN111517788A (zh) 一种具有高剩余极化强度的铌酸钾钠陶瓷材料的制备方法
CN109320236B (zh) 一种高储能密度和充放电性能的复合材料及其制备方法
Cernea et al. Electrical investigations of holmium-doped BaTiO 3 derived from sol-gel combustion
CN116143515B (zh) 一种knn基无铅弛豫铁电储能陶瓷材料及其制备方法
CN115872735B (zh) 一种锆锡铪酸镧铅陶瓷及其制备方法和储能应用
CN116003128B (zh) 一种具有超高储能效率的knn基无铅铁电储能陶瓷材料及其制备方法
CN114560695B (zh) 一种高储能密度和高储能效率的复合陶瓷材料制备方法
CN116813330B (zh) 一种基于a位缺陷的低损耗高能量转换效率的钛酸钡基无铅储能陶瓷材料及其制备方法
CN115849901B (zh) 一种K0.5Bi0.5TiO3基三元系介电储能无铅陶瓷材料
CN109650884B (zh) 一种铌酸银基陶瓷及其制备方法和应用
CN117682851A (zh) 一种应用于250℃的高温能量收集无铅压电陶瓷材料及制备
CN117059398A (zh) 一种低损耗x9r型无铅陶瓷电容器材料制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant