CN110981477B - 一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法 - Google Patents

一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,具体步骤包括:将氧化银、氧化钕、二氧化锰和五氧化二铌按照化学计量比称量,将称好的原料进行球磨,得到混合粉体;然后在氧气气氛下煅烧保温,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体,再次球磨并干燥;进行压力成型,成为圆片;片烧结成瓷,本发明公开了一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,通过成分设计掺杂氧化钕,从而获得储能效率高的Ag0.97Nd0.01NbO3陶瓷,由于Nd2O3的加入使得陶瓷在电场下的击穿场强变大,从而获得较高的储能效率。本方法成本低、方法简单、可重复性好。

Description

一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于储能陶瓷制备技术领域,涉及一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法。
背景技术
铌酸银(AgNbO3)陶瓷是一种反铁电陶瓷,具有较大的储能密度,在文献“Lead-free AgNbO3 antiferroelectric ceramics with an enhanced energy storageperformance using MnO2 modification.J.Mater.Chem.C 2016,4,8380-8384”中公开了一种铌酸银反铁电陶瓷的制备方法,纯AgNbO3的储能密度为1.6J/cm3,储能效率只有37%,因储能效率较低,限制了应用。因此,如何通过成分设计等各种办法,在利用铌酸银高储能密度的同时提高其储能效率,是一个重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,在保持高储能密度的同时提高储能效率,解决了现有技术制备的铌酸银基陶瓷高储能密度时,储能效率低的问题。
本发明所采用的技术方案是,一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,具体步骤如下:
步骤1,将氧化银、氧化钕、二氧化锰和五氧化二铌按照Ag1-3xNbxO3,其中x=0,0.1化学计量比称量,使得AgNbO3与Nd2O3的摩尔比为99:1~100:0;
步骤2,将步骤1中称好的原料在球磨机中,用酒精为介质进行球磨,得到混合粉体;
步骤3,将步骤2得到的混合粉体在氧气气氛下煅烧保温,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体;
步骤4,将步骤3得到的掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体再次球磨12h并干燥;
步骤5,将步骤4得到的干燥粉末压力成型,成为圆片;
步骤6,将成型后的圆片烧结成瓷,烧结温度1050~1150℃,保温3h。
本发明的特点还在于,
步骤1中称量氧化银6.846g~7.008g、氧化钕0g~0.1023g、二氧化锰0.0165g~0.0181g、五氧化二铌8.0539g~8.1306g。
步骤2中,使用行星球磨机以250~400r/min转速球磨12~24h。
步骤3中,煅烧至900℃,保温6h。
步骤5中,使用冷等静压机,用200MPa的压力压5min成为直径10mm,厚度1mm的圆片。
步骤1中的氧化银、氧化钕、二氧化锰和五氧化二铌纯度均不小于99.7%。
本发明的有益效果是,一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,通过成分设计掺杂氧化钕(Nd2O3),从而获得储能效率高的Ag0.97Nd0.01NbO3陶瓷,Nd2O3的加入使得陶瓷在电场下的击穿场强变大,从而获得较高的储能效率(50.2%)。本发明一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法成本低、方法简单、可重复性好,所得材料介电性能优异。
附图说明
图1是本发明一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法实施例中不同掺杂成分下制备的铌酸银粉体的X射线衍射图谱;
图2是本发明一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法实施例中不同掺杂成分下制备的铌酸银基陶瓷的电滞回线图。
具体实施方式
本发明一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,通过成分设计掺杂氧化钕Nd2O3,从而获得储能效率高的Ag0.97Nd0.01NbO3陶瓷。
本发明一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,具体步骤如下:
步骤1,将氧化银、氧化钕、二氧化锰和五氧化二铌按照Ag1-3xNbxO3,x=0,0.1化学计量比称量,使得AgNbO3与Nd2O3的摩尔比为99:1~100:0。
在步骤1中的氧化银、氧化钕、二氧化锰和五氧化二铌纯度均不小于99.7%;称量氧化银6.846g~7.008g、氧化钕0g~0.1023g、二氧化锰0.0165g~0.0181g、五氧化二铌8.0539g~8.1306g。
步骤2,将步骤1中称好的原料在球磨机中,用酒精为介质进行球磨,得到混合粉体;
在步骤2中,使用行星球磨机以250~400r/min转速球磨12~24h。
步骤3,将步骤2得到的混合粉体在氧气气氛下煅烧保温,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体;
在步骤3中,煅烧至900℃,保温6h。
步骤4,将步骤3得到的掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体再次球磨12h并干燥;
步骤5,将步骤4得到的干燥粉末压力成型,成为圆片;
在步骤5中,使用冷等静压机,用200MPa的压力压5min成为直径10mm,厚度1mm的圆片。
步骤6,将成型后的圆片烧结成瓷,烧结温度1050~1150℃,保温3h。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
步骤1,将纯度为99.7%的氧化银7.008g、二氧化锰0.0165g和五氧化二铌8.0539g按照化学计量比称量,使得AgNbO3与Nd2O3的摩尔比为100:0。
步骤2,在行星球磨机中加入70ml酒精为介质以250r/min的转速球磨12h。
步骤3,将混合粉体在氧气气氛下煅烧至900℃,保温6h,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体。
步骤4,将预烧过的粉末再次球磨12h并干燥。
步骤5,将干燥粉末在冷等静压机中,用200MPa的压力压5min成为直径10mm,厚度1mm的圆片。
步骤6,将成型后的圆片在再在1100℃下保温3h烧结成瓷。
图1中(I)是AgNbO3与Nd2O3的摩尔比为100:0的X射线衍射图谱,从图中可以看出,样品呈单一的钙钛矿相,无第二相出现。图2中的电滞回线中可以看出,储能效率最大可以达到41%。
实施例2
步骤1,将纯度为99.8%的氧化银6.848g、氧化镧0.0890g、二氧化锰0.0165g和五氧化二铌8.1142g按照化学计量比称量,使得AgNbO3与La2O3的摩尔比为99:1。
步骤2,在行星球磨机中加入70ml酒精为介质以300r/min的转速球磨12h。
步骤3,将混合粉体在氧气气氛下煅烧至900℃,保温6h,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体。
步骤4,将预烧过的粉末再次球磨12h并干燥。
步骤5,将干燥粉末在冷等静压机中,用200MPa的压力压5min成为直径10mm,厚度1mm的圆片。
步骤6,将成型后的圆片在再在1100℃下保温3h烧结成瓷。
图1中(II)是AgNbO3与La2O3的摩尔比为99:1的X射线衍射图谱,从图中可以看出,样品呈单一的钙钛矿相,无第二相出现。图2中的电滞回线中可以看出,没有形成反铁电相。
实施例3
步骤1,将纯度为99.8%的氧化银6.862g、氧化钇0.0687g、二氧化锰0.0165g和五氧化二铌8.1306g按照化学计量比称量,使得AgNbO3与Y2O3的摩尔比为99:1。
步骤2,在行星球磨机中加入70ml酒精为介质以350r/min的转速球磨12h。
步骤3,将混合粉体在氧气气氛下煅烧至900℃,保温6h,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体。
步骤4,将预烧过的粉末再次球磨12h并干燥。
步骤5,将干燥粉末在冷等静压机中,用200MPa的压力压5min成为直径10mm,厚度1mm的圆片。
步骤6,将成型后的圆片在再在1050℃下保温3h烧结成瓷。
图1中(III)是AgNbO3与Y2O3的摩尔比为99:1的X射线衍射图谱,从图中可以看出,样品呈单一的钙钛矿相,无第二相出现。图2中的电滞回线中可以看出,没有形成反铁电相。
实施例4
步骤1,将纯度为99.7%的氧化银6.846g、氧化钕0.1023g、二氧化锰0.0165g和五氧化二铌8.1119g按照化学计量比称量,使得AgNbO3与Nd2O3的摩尔比为99:1。
步骤2,在行星球磨机中加入70ml酒精为介质以400r/min的转速球磨12h。
步骤3,将混合粉体在氧气气氛下煅烧至900℃,保温6h,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体。
步骤4,将预烧过的粉末再次球磨12h并干燥。
步骤5,将干燥粉末在冷等静压机中,用200MPa的压力压5min成为直径10mm,厚度1mm的圆片。
步骤6,将成型后的圆片在再在1150℃下保温3h烧结成瓷。
图1中(IV)是AgNbO3与Nd2O3的摩尔比为100:0的X射线衍射图谱,从图中可以看出,样品呈单一的钙钛矿相,无第二相出现。图2中的电滞回线中可以看出,图2的电滞回线中可以看出,储能效率最大可以达到50.2%。
总之,本发明通过成分设计,获得了储能密度稳定的、储能效率较高的钛酸铋钠基陶瓷,在陶瓷电容器领域的实际应用方面提供了一个很好的参考。

Claims (4)

1.一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
步骤1,将氧化银、氧化钕和五氧化二铌按照Ag1-3xNdxNbO3,其中x=0.01化学计量比称量,再添加二氧化锰0.0165g~0.0181g;
步骤2,将步骤1中称好的原料在球磨机中,用酒精为介质进行球磨,得到混合粉体;
步骤3,将步骤2得到的混合粉体在氧气气氛下煅烧保温,得到掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体;在所述步骤3中,煅烧至900 °C,保温6 h;
步骤4,将步骤3得到的掺杂Nd2O3的AgNbO3粉体再次球磨12 h并干燥;
步骤5,将步骤4得到的干燥粉末压力成型,成为圆片;
步骤6,将成型后的圆片烧结成瓷,烧结温度1050~1150℃,保温3 h,得到氧化钕掺杂铌酸银陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,其特征在于,在所述步骤2中,使用行星球磨机以250~400 r/min转速球磨12~24 h。
3.根据权利要求1所述的一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,其特征在于,在所述步骤5中,使用冷等静压机,用200 MPa的压力压5 min成为直径10 mm,厚度1 mm 的圆片。
4.根据权利要求1所述的一种氧化钕掺杂铌酸银陶瓷的制备方法,其特征在于,在所述步骤1中的氧化银、氧化钕、二氧化锰和五氧化二铌纯度均不小于99.7%。
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