CN111205082A - 一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111205082A
CN111205082A CN202010038508.6A CN202010038508A CN111205082A CN 111205082 A CN111205082 A CN 111205082A CN 202010038508 A CN202010038508 A CN 202010038508A CN 111205082 A CN111205082 A CN 111205082A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic
lead
bismuth ferrite
energy storage
free
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.)
Granted
Application number
CN202010038508.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111205082B (zh
Inventor
翟继卫
闫非
沈波
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.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
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 Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN202010038508.6A priority Critical patent/CN111205082B/zh
Publication of CN111205082A publication Critical patent/CN111205082A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111205082B publication Critical patent/CN111205082B/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
    • C04B35/453—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 zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
    • 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
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62218—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic films, e.g. by using temporary supports
    • 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
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C04B2235/3234—Titanates, not containing zirconia
    • C04B2235/3236—Alkaline earth titanates
    • 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
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3255—Niobates or tantalates, e.g. silver niobate
    • 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
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C04B2235/3263—Mn3O4
    • 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
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • 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

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

Abstract

本发明涉及一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，该无铅铁酸铋基陶瓷材料的化学组成为(1‑x)[(1‑y)BiFeO3‑yBaTiO3]‑xNa0.73Bi0.09NbO3+zMn3O4；该无铅铁酸铋基陶瓷材料采用固相反应法和流延成型法进行制备，包括将原料按化学计量比进行配料、一次球磨、经720‑750℃煅烧后得到预合成的粉体，再经过二次球磨、过筛、流延成型等工艺得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯，最后在1000‑1020℃高温烧结后得到无铅铁酸铋基陶瓷材料。与现有技术相比，本发明具有储能密度和储能效率高、烧结温度低、制备工艺稳定、符合电子元器件无铅化发展的要求、实用性高等优点。

Description

一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电介质材料领域，尤其是涉及一种无铅铁酸铋基高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
随着全球经济和信息技术的快速发展，能源的需求量日益增加，并且电子元器件小型化和集成化的发展趋势对材料性能的要求越来越高。陶瓷电介质电容器因其充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性好等特点，在激光、雷达、移动通信、航空航天等众多领域得到广泛的应用。目前产业化的陶瓷电介质电容器主要是铅基反铁电材料，但是铅基陶瓷材料中含有大量的铅元素，在制造和使用过程中会对环境和人体健康带来一系列的危害，因而世界各国逐渐限制含铅材料的使用。面对这一问题，人们正在不断的积极寻找和开发新型的无铅陶瓷介质材料。
以钛酸钡、钛酸铋钠、钛酸锶、铌酸钾钠、铌酸银、铁酸铋等为基体的材料成为目前主要研究的几类无铅储能陶瓷介质材料体系。在这几类陶瓷体系中，铁酸铋基陶瓷的烧结温度低且烧结温度区间较宽、极化强度和居里温度高，在电介质储能领域受到越来越多的关注。然而铁酸铋基陶瓷的漏导和损耗大、击穿电场强度较低，不利于高储能密度的获得。为此，人们采用多种多样的方法来降低铁酸铋基陶瓷的漏导和损耗，进而提高其击穿电场强度和储能密度。专利(授权公告号104649660)采用Al、Ga、Y、Sc、Cr、Co元素对BiFeO3基陶瓷材料进行改性，获得了0.90J/cm3的储能密度；专利(申请号201811021465.X)通过在BiFeO3-BaTiO3基无铅铁电陶瓷体系中引入Ba(Zn1/3Ta2/3)O3，在室温下获得1.56-2.56J/cm3的储能密度，其储能效率为53-82％。到目前为止，铁酸铋基无铅储能陶瓷的储能密度和储能效率均在3J/cm3和80％以下，难以同时获得兼具高储能密度、高储能效率、低损耗的铁酸铋基陶瓷介质材料，限制了该体系在电介质储能领域中的应用。
发明内容
本发明的目的为提供一种无铅铁酸铋基高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法，更好的克服现有的无铅储能陶瓷储能密度和储能效率低、以及击穿电场强度小的缺陷。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，该无铅铁酸铋基陶瓷材料的化学组成为(1-x)[(1-y)BiFeO3-yBaTiO3]-xNa0.73Bi0.09NbO3+zMn3O4；
其中，x＝0.06-0.14，y＝0.30-0.34，z＝0.1-0.2wt％(z为Mn3O4与(1-x)[yBiFeO3-(1-y)BaTiO3]-xNa0.73Bi0.09NbO3的质量百分比)。
优选地，所述的铁酸铋基陶瓷材料中x＝0.12，y＝0.33，z＝0.1wt％。
本发明首次通过在BiFeO3-BaTiO3二元体系中引入一定量的Na0.73Bi0.09NbO3成分，并添加适量的Mn3O4降低制备出的BiFeO3-BaTiO3-Na0.73Bi0.09NbO3材料的漏导，进而提高其绝缘性。在保持铁酸铋高饱和极化强度的同时显著地降低了漏导、减小了剩余极化强度、提高了击穿电场强度(＞400kV/cm)，使铁酸铋基无铅陶瓷介质的储能密度得到大幅度的提升，并且不含有毒有害的铅元素，在激光、雷达、移动通信、航空航天等众多领域中拥有广泛的应用前景，具有重大的实际应用价值。
本发明的组成中，Na0.73Bi0.09NbO3添加量如果过高，则会显著的降低铁酸铋的最大极化强度(Pmax)，不利于储能密度的提高；添加量如果过低，则难以降低剩余极化强度(Pr)，不利于获得较高的储能效率。引入Mn3O4主要是为了防止铁酸铋中的Fe元素在高温下变价，使制备出的材料的绝缘性提高、漏电流减小。Mn3O4添加量如果过高，则容易出现过剩的电子或杂相，不利于耐击穿性能的提高；添加量如果过低，则达不到降低漏电流的效果。
本发明还提供一种无铅铁酸铋基陶瓷材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)以Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4为原料，按照所述的无铅铁酸铋基陶瓷材料的化学组成称取原料，将各原料混合均匀，得到初始原料粉体；
(2)将步骤(1)得到的初始的原料粉体在密闭、720-750℃条件下煅烧6-8小时得到预合成陶瓷粉体；
(3)将步骤(2)得到的预合成的陶瓷粉体和Mn3O4混合并混合均匀，将得到的混合物料烘干、过筛得到陶瓷粉体；
(4)将步骤(3)得到的陶瓷粉体与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀得到陶瓷浆料；
(5)步骤(4)得到的陶瓷浆料经过流延成型制成陶瓷膜，该陶瓷膜经过压制成型得到陶瓷生坯；
(6)步骤(5)得到的陶瓷生坯经过排胶、烧结得到所述的无铅铁酸铋基陶瓷材料。
所述的原料中，Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4的纯度均大于98％。
所述的步骤(1)和步骤(3)中，采用球磨将物料混合均匀，球磨时，采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与待处理物料的质量比为1.5-2.0:1，无水乙醇与待处理物料的质量比为1.2-1.5:1。
步骤(1)和步骤(3)中，球磨时球磨机的转速为400-450r/min，球磨时间为10-15h。
步骤(3)中，所述的过筛过程中筛网的目数为120-200目。烘干的目的为除去球磨过程中加入的无水乙醇介质，烘干的温度为100℃。
优选地，步骤(3)中，所述的混合物料烘干的温度为100℃，过筛时筛网的目数为200。
所述的原料中，步骤(4)中，所述的有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物，其中所述的无水乙醇的添加量为陶瓷粉体质量的50-55％，丁酮的添加量为陶瓷粉体质量的90-100％；所述的乳化剂为三油酸甘油脂，添加量为陶瓷粉体质量的3-3.5％；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，添加量为陶瓷粉体质量的3-3.5％；所述的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，添加量为陶瓷粉体质量的9-9.5％；所述的分散剂为聚乙二醇，添加量为陶瓷粉体质量的3-3.5％。
所述的原料中，步骤(5)中，所述的陶瓷膜经过裁剪得到设计尺寸的陶瓷膜，裁剪后的陶瓷膜在35-40℃和50-250MPa下进行加压，得到所述的陶瓷生坯。
优选地，步骤(5)中，裁剪后的陶瓷膜采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa和250MPa依次加压，在加压过程中将温度控制在40℃。
一般，可以将陶瓷膜裁切为12mm×12mm的陶瓷膜。
所述的原料中，步骤(6)中，排胶过程的温度为550-600℃，保温时间为8-10h；排胶后的陶瓷生坯在密闭条件，以3-4℃/min的升温速率从室温升至1000-1020℃并保温2-3h，随后冷却到室温即得到无铅铁酸铋基陶瓷材料。特别地，在排胶过程中，如果温度过低或保温时间过短，均不利于流延成型工艺中添加的有机物完全排除，导致制备出的陶瓷不够致密，影响耐压性能；如果保温时间过长或温度过高，会造成不必要的能源浪费。
本发明通过固相反应和流延成型工艺相结合进行制备无铅铁酸铋基陶瓷材料，采用流延成型工艺容易实现工业化大批量生产、制备方法简单、制备工艺成熟；制备过程中不含有毒有害的铅元素，无铅无污染；最终的材料烧结温度为1000-1020℃，烧结温度低，对生产设备要求低，具有节能的效果。
与现有技术相比，本发明的陶瓷材料的烧结温度相对较低(～1000℃)、耐击穿性能优异(＞400kV/cm)、储能密度和储能效率高、不含有毒有害的铅元素，在激光、雷达、移动通信、航空航天等众多领域中拥有广泛的应用前景；制备方法简单、制备工艺成熟、无铅无污染，符合电子元器件快速发展的需要。
附图说明
图1为实施例1中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的电滞回线；
图2为实施例2中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的电滞回线；
图3为实施例3中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的电滞回线；
图4为实施例4中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的电滞回线；
图5为实施例5中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的电滞回线；
图6为实施例1中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的储能特性随电场强度变化曲线；
图7为实施例2中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的储能特性随电场强度变化曲线；
图8为实施例3中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的储能特性随电场强度变化曲线；
图9为实施例4中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的储能特性随电场强度变化曲线；
图10为实施例5中的无铅铁酸铋基陶瓷材料的储能特性随电场强度变化曲线；
图6～10中，Wtot为总储能密度，Wrec为可利用储能密度，Wloss为能量损耗密度和η为储能效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种高储能密度和储能效率的无铅铁酸铋基陶瓷，该陶瓷的化学组成为(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3+0.1wt％Mn3O4，其中x＝0.06。
该陶瓷材料的具体制备步骤如下：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4作为铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料；
(2)按照化学式(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3(其中x＝0.06)称取原料，并通过一次球磨工艺使之混合均匀，得到初始的原料粉体；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为1.5:1，无水乙醇与原料的质量比1.2:1，球磨机的转速为400r/min，球磨时间为15h。
(3)将烘干后的原料粉体在密闭条件下于720℃煅烧8h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)在预合成的陶瓷粉体中加入0.1wt％Mn3O4并进行二次球磨，将球磨后的浆料在100℃下烘干；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为400r/min，球磨时间为10h；
(5)将步骤(4)烘干后的原料粉体过200目筛，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料粉体；
(6)将得到的原料粉体分别与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，获得铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的浆料。其中，有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物；乳化剂为三油酸甘油脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；分散剂为聚乙二醇。无水乙醇的加入量为原料粉体质量的50％；丁酮的加入量为原料粉体质量的90％；三油酸甘油酯的加入量为原料粉体质量的3％；聚乙烯醇缩丁醛的加入量为原料粉体质量的9.5％；聚乙二醇的加入量为原料粉体质量的3％；邻苯二甲酸二丁酯的加入量为原料粉体质量的3％；
(7)将得到的陶瓷浆料通过流延成型工艺制备成陶瓷膜，然后裁剪成12mm×12mm的方片，在40℃下依次采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的压力进行加压，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯；
(8)将获得的陶瓷坯体在550℃下保温10h进行排胶处理，随后将排胶后的陶瓷坯体在密闭条件下以4℃/min的升温速率升至1000℃并保温2h，最后随炉冷却至室温得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷。
对得到的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的两面采用离子溅射的方法镀金电极，进行铁电性能测试和储能特性计算分析。图1为实施例1制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷在室温和10Hz下测得的电滞回线。从图中可以看出，本发明制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的电滞回线细长，击穿电场强度高，最大电场强度可以达到298kV/cm。基于不同电场强度下的电滞回线计算得到的储能特性(总储能密度Wtot，可利用储能密度Wrec，能量损耗密度Wloss和储能效率η)随电场强度变化曲线如图6所示。从图中可以发现，Wtot和Wrec随着电场强度增大而快速的增加，Wloss则随着电场强度增大而缓慢的增加。在40-298kV/cm的电场强度范围内，η稳定在73％附近。当电场强度达到298kV/cm时，Wtot＝5.47J/cm3，Wrec＝3.93J/cm3，Wloss＝1.54J/cm3，相应的η为72％。
实施例2
一种高储能密度和储能效率的无铅铁酸铋基陶瓷，该陶瓷的化学组成为(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3+0.1wt％Mn3O4，其中x＝0.08。具体制备步骤如下：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4作为铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料；
(2)按照化学式(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3(其中x＝0.08)称取原料，并通过一次球磨工艺使之混合均匀，得到初始的原料粉体；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为10h。
(3)将烘干后的原料粉体在密闭条件下于730℃煅烧7h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)在预合成的陶瓷粉体中加入0.1wt％Mn3O4并进行二次球磨，将球磨后的浆料在100℃下烘干；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为10h；
(5)将步骤(4)烘干后的原料粉体过200目筛，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料粉体；
(6)将得到的原料粉体分别与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，获得铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的浆料。其中，有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物；乳化剂为三油酸甘油脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；分散剂为聚乙二醇。无水乙醇的加入量为原料粉体质量的55％；丁酮的加入量为原料粉体质量的100％；三油酸甘油酯的加入量为原料粉体质量的3.5％；聚乙烯醇缩丁醛的加入量为原料粉体质量的9％；聚乙二醇的加入量为原料粉体质量的3.5％；邻苯二甲酸二丁酯的加入量为原料粉体质量的3.5％；
(7)将得到的陶瓷浆料通过流延成型工艺制备成陶瓷膜，然后裁剪成12mm×12mm的方片，在40℃下依次采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的压力进行加压，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯；
(8)将获得的陶瓷坯体在600℃下保温8h进行排胶处理，随后将排胶后的陶瓷坯体在密闭条件下以3℃/min的升温速率升至1000℃并保温3h，最后随炉冷却至室温得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷。
对得到的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的两面采用离子溅射的方法镀金电极，进行铁电性能测试和储能特性计算分析。图2为实施例2制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷在室温和10Hz下测得的电滞回线。从图中可以看出，本发明制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的电滞回线细长，击穿电场强度高，最大电场强度可以达到354kV/cm。基于不同电场强度下的电滞回线计算得到的储能特性(Wtot，Wrec，Wloss和η)随电场强度变化曲线如图7所示。从图中可以发现，Wtot和Wrec随着电场强度增大而快速的增加，Wloss则随着电场强度增大而缓慢的增加。在40-354kV/cm的电场强度范围内，η维持在76-80％之间。当电场强度达到354kV/cm时，Wtot＝6.19J/cm3，Wrec＝4.82J/cm3，Wloss＝1.37J/cm3，相应的η约为78％。
实施例3
一种高储能密度和储能效率的无铅铁酸铋基陶瓷，该陶瓷的化学组成为(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3+0.1wt％Mn3O4，其中x＝0.10。具体制备步骤如下：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4作为铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料；
(2)按照化学式(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3(其中x＝0.10)称取原料，并通过一次球磨工艺使之混合均匀，得到初始的原料粉体；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为400r/min，球磨时间为10h。
(3)将烘干后的原料粉体在密闭条件下于750℃煅烧6h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)在预合成的陶瓷粉体中加入0.1wt％Mn3O4并进行二次球磨，将球磨后的浆料在100℃下烘干；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为1.5:1，无水乙醇与原料的质量比1.2:1，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为15h；
(5)将步骤(4)烘干后的原料粉体过200目筛，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料粉体；
(6)将得到的原料粉体分别与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，获得铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的浆料。其中，有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物；乳化剂为三油酸甘油脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；分散剂为聚乙二醇。无水乙醇的加入量为原料粉体质量的53％；丁酮的加入量为原料粉体质量的95％；三油酸甘油酯的加入量为原料粉体质量的3.2％；聚乙烯醇缩丁醛的加入量为原料粉体质量的9.3％；聚乙二醇的加入量为原料粉体质量的3.2％；邻苯二甲酸二丁酯的加入量为原料粉体质量的3.2％；
(7)将得到的陶瓷浆料通过流延成型工艺制备成陶瓷膜，然后裁剪成12mm×12mm的方片，在40℃下依次采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的压力进行加压，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯；
(8)将获得的陶瓷坯体在580℃下保温9h进行排胶处理，随后将排胶后的陶瓷坯体在密闭条件下以4℃/min的升温速率升至1010℃并保温2.5h，最后随炉冷却至室温得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷。
对得到的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的两面采用离子溅射的方法镀金电极，进行铁电性能测试和储能特性计算分析。图3为实施例3制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷在室温和10Hz下测得的电滞回线。从图中可以看出，本发明制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的电滞回线细长，击穿电场强度高，最大电场强度可以达到380kV/cm。基于不同电场强度下的电滞回线计算得到的储能特性(总储能密度Wtot，可利用储能密度Wrec，能量损耗密度Wloss和储能效率η)随电场强度变化曲线如图8所示。从图中可以发现，Wtot和Wrec随着电场强度增大而快速的增加，Wloss则随着电场强度增大而缓慢的增加。在40-380kV/cm的电场强度范围内，η维持在79-84％之间。当电场强度达到380kV/cm时，Wtot＝6.45J/cm3，Wrec＝5.13J/cm3，Wloss＝1.32J/cm3，相应的η约为79％。
实施例4
一种高储能密度和储能效率的无铅铁酸铋基陶瓷，该陶瓷的化学组成为(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3+0.1wt％Mn3O4，其中x＝0.12。具体制备步骤如下：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4作为铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料；
(2)按照化学式(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3(其中x＝0.12)称取原料，并通过一次球磨工艺使之混合均匀，得到初始的原料粉体；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为1.8:1，无水乙醇与原料的质量比1.4:1，球磨机的转速为420r/min，球磨时间为12h。
(3)将烘干后的原料粉体在密闭条件下于750℃煅烧6h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)在预合成的陶瓷粉体中加入0.1wt％Mn3O4并进行二次球磨，将球磨后的浆料在100℃下烘干；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.3:1，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为12h；
(5)将步骤(4)烘干后的原料粉体过200目筛，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料粉体；
(6)将得到的原料粉体分别与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，获得铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的浆料。其中，有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物；乳化剂为三油酸甘油脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；分散剂为聚乙二醇。无水乙醇的加入量为原料粉体质量的52％；丁酮的加入量为原料粉体质量的100％；三油酸甘油酯的加入量为原料粉体质量的3.3％；聚乙烯醇缩丁醛的加入量为原料粉体质量的9％；聚乙二醇的加入量为原料粉体质量的3.3％；邻苯二甲酸二丁酯的加入量为原料粉体质量的3.5％；
(7)将得到的陶瓷浆料通过流延成型工艺制备成陶瓷膜，然后裁剪成12mm×12mm的方片，在40℃下依次采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的压力进行加压，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯；
(8)将获得的陶瓷坯体在580℃下保温10h进行排胶处理，随后将排胶后的陶瓷坯体在密闭条件下以3℃/min的升温速率升至1020℃并保温2h，最后随炉冷却至室温得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷。
对得到的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的两面采用离子溅射的方法镀金电极，进行铁电性能测试和储能特性计算分析。图4为实施例4制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷在室温和10Hz下测得的电滞回线。从图中可以看出，本发明制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的电滞回线细长，击穿电场强度高，最大电场强度可以达到410kV/cm。基于不同电场强度下的电滞回线计算得到的储能特性(Wtot，Wrec，Wloss和η)随电场强度变化曲线如图9所示。从图中可以发现，Wtot和Wrec随着电场强度增大而快速的增加，Wloss则随着电场强度增大而缓慢的增加。在40-410kV/cm的电场强度范围内，η均在82％以上。当电场强度达到410kV/cm时，Wtot＝6.65J/cm3，Wrec＝5.57J/cm3，Wloss＝1.08J/cm3，相应的η为84％。
实施例5
一种高储能密度和储能效率的无铅铁酸铋基陶瓷，该陶瓷的化学组成为(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3+0.1wt％Mn3O4，其中x＝0.14。具体制备步骤如下：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4作为铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料；
(2)按照化学式(1-x)(0.67BiFeO3-0.33BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3(其中x＝0.14)称取原料，并通过一次球磨工艺使之混合均匀，得到初始的原料粉体；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为400r/min，球磨时间为10h。
(3)将烘干后的原料粉体在密闭条件下于740℃煅烧8h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)在预合成的陶瓷粉体中加入0.1wt％Mn3O4并进行二次球磨，将球磨后的浆料在100℃下烘干；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为10h；
(5)将步骤(4)烘干后的原料粉体过200目筛，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料粉体；
(6)将得到的原料粉体分别与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，获得铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的浆料。其中，有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物；乳化剂为三油酸甘油脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；分散剂为聚乙二醇。无水乙醇的加入量为原料粉体质量的50％；丁酮的加入量为原料粉体质量的95％；三油酸甘油酯的加入量为原料粉体质量的3％；聚乙烯醇缩丁醛的加入量为原料粉体质量的9.5％；聚乙二醇的加入量为原料粉体质量的3％；邻苯二甲酸二丁酯的加入量为原料粉体质量的3％；
(7)将得到的陶瓷浆料通过流延成型工艺制备成陶瓷膜，然后裁剪成12mm×12mm的方片，在40℃下依次采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的压力进行加压，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯；
(8)将获得的陶瓷坯体在600℃下保温8h进行排胶处理，随后将排胶后的陶瓷坯体在密闭条件下以4℃/min的升温速率升至1010℃并保温3h，最后随炉冷却至室温得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷。
对得到的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的两面采用离子溅射的方法镀金电极，进行铁电性能测试和储能特性计算分析。图5为实施例5制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷在室温和10Hz下测得的电滞回线。从图中可以看出，本发明制备的铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷的电滞回线细长，击穿电场强度高，最大电场强度可以达到445kV/cm。基于不同电场强度下的电滞回线计算得到的储能特性(Wtot，Wrec，Wloss和η)随电场强度变化曲线如图10所示。从图中可以发现，Wtot和Wrec随着电场强度增大而快速的增加，Wloss则随着电场强度增大而缓慢的增加。在40-445kV/cm的电场强度范围内，η均在在82％以上。当电场强度达到445kV/cm时，Wtot＝6.53J/cm3，Wrec＝5.37J/cm3，Wloss＝1.16J/cm3，相应的η为82％。
实施例6
一种高储能密度和储能效率的无铅铁酸铋基陶瓷，该陶瓷的化学组成为(1-x)(0.70BiFeO3-0.30BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3+0.2wt％Mn3O4，其中x＝0.14。具体制备步骤如下：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4作为铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料；
(2)按照化学式(1-x)(0.70BiFeO3-0.30BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3(其中x＝0.14)称取原料，并通过一次球磨工艺使之混合均匀，得到初始的原料粉体；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为400r/min，球磨时间为10h。
(3)将烘干后的原料粉体在密闭条件下于740℃煅烧8h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)在预合成的陶瓷粉体中加入0.2wt％Mn3O4并进行二次球磨，将球磨后的浆料在100℃下烘干；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为10h；
(5)将步骤(4)烘干后的原料粉体过120目筛，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料粉体；
(6)将得到的原料粉体分别与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，获得铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的浆料。其中，有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物；乳化剂为三油酸甘油脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；分散剂为聚乙二醇。无水乙醇的加入量为原料粉体质量的50％；丁酮的加入量为原料粉体质量的95％；三油酸甘油酯的加入量为原料粉体质量的3％；聚乙烯醇缩丁醛的加入量为原料粉体质量的9.5％；聚乙二醇的加入量为原料粉体质量的3％；邻苯二甲酸二丁酯的加入量为原料粉体质量的3％；
(7)将得到的陶瓷浆料通过流延成型工艺制备成陶瓷膜，然后裁剪成12mm×12mm的方片，在35℃下依次采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的压力进行加压，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯；
(8)将获得的陶瓷坯体在600℃下保温8h进行排胶处理，随后将排胶后的陶瓷坯体在密闭条件下以4℃/min的升温速率升至1010℃并保温3h，最后随炉冷却至室温得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷。
实施例7
一种高储能密度和储能效率的无铅铁酸铋基陶瓷，该陶瓷的化学组成为(1-x)(0.66BiFeO3-0.34BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3+0.1wt％Mn3O4，其中x＝0.12。具体制备步骤如下：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4作为铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料；
(2)按照化学式(1-x)(0.66BiFeO3-0.34BaTiO3)-xNa0.73Bi0.09NbO3(其中x＝0.12)称取原料，并通过一次球磨工艺使之混合均匀，得到初始的原料粉体；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为400r/min，球磨时间为10h。
(3)将烘干后的原料粉体在密闭条件下于740℃煅烧8h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)在预合成的陶瓷粉体中加入0.1wt％Mn3O4并进行二次球磨，将球磨后的浆料在100℃下烘干；其中球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与原料的质量比为2.0:1，无水乙醇与原料的质量比1.5:1，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为10h；
(5)将步骤(4)烘干后的原料粉体过200目筛，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的原料粉体；
(6)将得到的原料粉体分别与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，获得铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷介质材料的浆料。其中，有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物；乳化剂为三油酸甘油脂；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；分散剂为聚乙二醇。无水乙醇的加入量为原料粉体质量的50％；丁酮的加入量为原料粉体质量的95％；三油酸甘油酯的加入量为原料粉体质量的3％；聚乙烯醇缩丁醛的加入量为原料粉体质量的9.5％；聚乙二醇的加入量为原料粉体质量的3％；邻苯二甲酸二丁酯的加入量为原料粉体质量的3％；
(7)将得到的陶瓷浆料通过流延成型工艺制备成陶瓷膜，然后裁剪成12mm×12mm的方片，在40℃下依次采用50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的压力进行加压，得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯；
(8)将获得的陶瓷坯体在600℃下保温8h进行排胶处理，随后将排胶后的陶瓷坯体在密闭条件下以4℃/min的升温速率升至1010℃并保温3h，最后随炉冷却至室温得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷。
本发明通过采用固相反应法和流延成型法进行制备，包括将原料按化学计量比进行配料、一次球磨、经720～750℃煅烧后得到预合成的粉体，再经过二次球磨、过筛、流延成型等工艺得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷生坯，最后在1000-1020℃高温烧结后得到铁酸铋基无铅高储能密度和储能效率陶瓷样品。与现有的储能陶瓷介质材料相比，本发明最显著的优点为储能密度和储能效率高、烧结温度低、制备工艺稳定、符合电子元器件无铅化发展的要求，拥有很好的实用性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，该无铅铁酸铋基陶瓷材料的化学组成为(1-x)[(1-y)BiFeO3-yBaTiO3]-xNa0.73Bi0.09NbO3+zMn3O4；
其中，x＝0.06-0.14，y＝0.30-0.34，z＝0.1-0.2wt％，z为Mn3O4与(1-x)[yBiFeO3-(1-y)BaTiO3]-xNa0.73Bi0.09NbO3的质量百分比。
2.根据权利要求1所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，所述的铁酸铋基陶瓷材料优选为x＝0.12，y＝0.33，z＝0.1wt％。
3.一种如权利要求1所述的无铅铁酸铋基陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4为原料，按照所述的无铅铁酸铋基陶瓷材料的化学组成称取原料，将各原料混合均匀，得到初始原料粉体；
(2)将步骤(1)得到的初始的原料粉体在密闭、720-750℃条件下煅烧6-8小时得到预合成陶瓷粉体；
(3)将步骤(2)得到的预合成的陶瓷粉体和Mn3O4混合均匀，将得到的混合物料烘干、过筛得到陶瓷粉体；
(4)将步骤(3)得到的陶瓷粉体与有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀得到陶瓷浆料；
(5)步骤(4)得到的陶瓷浆料经过流延成型制成陶瓷膜，该陶瓷膜经过压制成型得到陶瓷生坯；
(6)步骤(5)得到的陶瓷生坯经过排胶、烧结得到所述的无铅铁酸铋基陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，所述的原料中，Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Na2CO3、Nb2O5和Mn3O4的纯度均大于98％。
5.根据权利要求3所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，所述的原料中，步骤(1)和步骤(3)中，采用球磨将物料混合均匀，球磨时，采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，ZrO2球与待处理物料的质量比为1.5-2.0:1，无水乙醇与待处理物料的质量比为1.2-1.5:1。
6.根据权利要求5所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中，球磨时球磨机的转速为400-450r/min，球磨时间为10-15h。
7.根据权利要求3所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，步骤(3)中，所述的过筛过程中，筛网的目数为120-200目。
8.根据权利要求3所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，所述的原料中，步骤(4)中，所述的有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物，其中所述的无水乙醇的添加量为陶瓷粉体质量的50-55％，丁酮的添加量为陶瓷粉体质量的90-100％；所述的乳化剂为三油酸甘油脂，添加量为陶瓷粉体质量的3-3.5％；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，添加量为陶瓷粉体质量的3-3.5％；所述的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，添加量为陶瓷粉体质量的9-9.5％；所述的分散剂为聚乙二醇，添加量为陶瓷粉体质量的3-3.5％。
9.根据权利要求3所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，所述的原料中，步骤(5)中，所述的陶瓷膜经过裁剪得到设计尺寸的陶瓷膜，裁剪后的陶瓷膜在35-40℃和50-250MPa下进行加压，得到所述的陶瓷生坯。
10.根据权利要求3所述的一种无铅铁酸铋基陶瓷材料，其特征在于，所述的原料中，步骤(6)中，排胶过程的温度为550-600℃，保温时间为8-10h；排胶后的陶瓷生坯在密闭条件，以3-4℃/min的升温速率从室温升至1000-1020℃并保温2-3h，随后冷却到室温即得到无铅铁酸铋基陶瓷材料。
CN202010038508.6A 2020-01-14 2020-01-14 一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法 Active CN111205082B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010038508.6A CN111205082B (zh) 2020-01-14 2020-01-14 一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010038508.6A CN111205082B (zh) 2020-01-14 2020-01-14 一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111205082A true CN111205082A (zh) 2020-05-29
CN111205082B CN111205082B (zh) 2021-10-08

Family

ID=70780587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010038508.6A Active CN111205082B (zh) 2020-01-14 2020-01-14 一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111205082B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112830781A (zh) * 2021-01-19 2021-05-25 桂林电子科技大学 一种无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN113121215A (zh) * 2021-03-26 2021-07-16 西安电子科技大学 一种无铅压电陶瓷、雾化片及制备方法
CN114300269A (zh) * 2022-01-25 2022-04-08 陕西科技大学 一种高储能、高效率的铁酸铋-钛酸锶陶瓷及制备方法
CN114349498A (zh) * 2022-01-21 2022-04-15 福建工程学院 一种BNT-BiGaO3基铁电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN114835483A (zh) * 2022-04-06 2022-08-02 哈尔滨理工大学 一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1794820B1 (en) * 2004-09-22 2013-06-12 Goodrich Control Systems Piezoelectric materials
CN104671766A (zh) * 2015-03-10 2015-06-03 桂林电子科技大学 一种高温无铅压电与介电储能陶瓷及其制备方法
CN106915960A (zh) * 2017-02-21 2017-07-04 陕西科技大学 一种无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法
CN110342935A (zh) * 2019-06-20 2019-10-18 广东捷成科创电子股份有限公司 一种Sm改性铌镁酸铅-钛酸铅基压电铁电厚膜材料及其制备方法
CN110563456A (zh) * 2019-09-23 2019-12-13 同济大学 高居里温度、高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷及制备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1794820B1 (en) * 2004-09-22 2013-06-12 Goodrich Control Systems Piezoelectric materials
CN104671766A (zh) * 2015-03-10 2015-06-03 桂林电子科技大学 一种高温无铅压电与介电储能陶瓷及其制备方法
CN106915960A (zh) * 2017-02-21 2017-07-04 陕西科技大学 一种无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法
CN110342935A (zh) * 2019-06-20 2019-10-18 广东捷成科创电子股份有限公司 一种Sm改性铌镁酸铅-钛酸铅基压电铁电厚膜材料及其制备方法
CN110563456A (zh) * 2019-09-23 2019-12-13 同济大学 高居里温度、高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷及制备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SAMIKSHA DABAS等: "Enhanced magneto-electric coupling and energy storage analysis in Mn-modified lead free BiFeO3-BaTiO3 solid solutions", 《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112830781A (zh) * 2021-01-19 2021-05-25 桂林电子科技大学 一种无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN112830781B (zh) * 2021-01-19 2022-10-28 桂林电子科技大学 一种无铅透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN113121215A (zh) * 2021-03-26 2021-07-16 西安电子科技大学 一种无铅压电陶瓷、雾化片及制备方法
CN114349498A (zh) * 2022-01-21 2022-04-15 福建工程学院 一种BNT-BiGaO3基铁电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN114300269A (zh) * 2022-01-25 2022-04-08 陕西科技大学 一种高储能、高效率的铁酸铋-钛酸锶陶瓷及制备方法
CN114835483A (zh) * 2022-04-06 2022-08-02 哈尔滨理工大学 一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法
CN114835483B (zh) * 2022-04-06 2022-12-06 哈尔滨理工大学 一种低损耗高储能效率铁酸铋基无铅反铁电陶瓷材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111205082B (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111205082B (zh) 一种无铅铁酸铋基陶瓷材料及其制备方法
CN107140974A (zh) 一种微波烧结的无铅高储能密度st‑nbt陶瓷材料及其制备方法
CN110451955B (zh) 钛酸铋钠-钛酸钡基无铅弛豫铁电体储能陶瓷及其制备方法
CN111205087B (zh) 一种铋基三明治结构的高储能密度陶瓷及其制备方法
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
CN111978082B (zh) 一种铌镁酸锶掺杂改性钛酸铋钠基储能陶瓷材料及其制备方法
CN114621004B (zh) 一种高储能密度的高熵陶瓷材料及其制备方法
CN113213929A (zh) 高储能效率及密度的铌酸钾钠基铁电陶瓷材料及制备方法
CN106587997A (zh) 一种SrTiO3基无铅高储能密度陶瓷材料及其制备方法
CN111393161A (zh) 钛酸铋钠钛酸锶基储能陶瓷材料及其制备方法
CN110981476A (zh) 一种铌酸钾钠基透明陶瓷材料及其制备方法
CN107473732B (zh) 一种钛酸锶基高储能密度和低介电损耗陶瓷材料及其制备方法
CN114736016B (zh) 一种宽温度稳定性的高储能密度钛酸铋钾基钙钛矿陶瓷及制备方法
CN110498681B (zh) 室温下高电卡效应的弛豫铁电陶瓷及制备方法和应用
CN114031396B (zh) 一种有效降低反铁电陶瓷材料烧结温度的制备方法
CN113511893B (zh) 一种bnt基三层结构的高储能密度陶瓷及其制备方法
CN111018516A (zh) 钛酸钡基高储能密度电子陶瓷及其制备方法
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
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
CN113929458A (zh) 一种高效高储能铌酸钠基陶瓷材料及其制备方法
CN111825451B (zh) 稀土元素Tm掺杂的铌酸银反铁电陶瓷材料及其制备方法
CN116425543A (zh) 作为电介质材料的具有高储能和充放电性能的b位高熵陶瓷及制备方法
CN111217604A (zh) 具有高储能密度和效率的钛酸铋钠基电子陶瓷及制备方法
CN100529012C (zh) 锶铟钛固溶红色荧光粉及其制备方法
CN115368132A (zh) 一种钛酸钡基陶瓷材料及制备方法

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