CN111233472A - 一种多功能铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用，所述铌酸银陶瓷的化学式为AgxNbO2.5+x/2，其中，1≤x≤1.05。本发明提供了一种能够用于电卡效应致冷的铌酸银陶瓷材料，该铌酸银陶瓷材料在特定的温度区间内同时具有电卡效应与正电卡效应，正负电卡效应协同工作，可有效提高电卡效应的致冷效率；而且，本发明的铌酸银陶瓷材料的制备方法具有工艺简单、稳定性好、对环境友好的特点，适用于开发高致冷效率微型致冷器，具有重大的实用价值，将铌酸银材料的应用从压电、储能和光催化等领域拓展到电卡效应致冷领域，拓宽了铌酸银材料的应用范围。

Description

一种多功能铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用
技术领域
本发明涉及微电子器件全固态致冷技术领域，具体涉及一种多功能铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用。
背景技术
随着电子科学与技术的飞速发展，电子设备逐渐趋于小型化、集成化和多功能化。但是电子设备的单位体积内封装了过多的电子元件，器件大量放热，不仅会严重影响器件的工作稳定性，还会缩短器件的服役寿命。近年来，基于铁电/反铁电材料电卡效应的致冷技术引起了广泛关注，主要是指在绝热条件下，外部电场作用引起铁电/反铁电材料中出现熵变从而导致相应的温度变化。通过对大量的铁电/反铁电材料电卡效应的研究发现，铁电-顺电相变附近会出现最大的电卡效应。然而，通常铁电体的居里温度都比较高，而且其反铁电-顺电相变温区较窄，导致电卡效应的工作温区比较窄，难以满足实际应用的需求。随后发现在反铁电材料中存在场致反铁电-铁电相变所引起的电卡效应绝热温变，且通常发生在室温附近。然而，目前研究的反铁电电卡材料通常是铅基材料，铅挥发会造成环境污染威胁人类健康，其应用已经逐步受到了限制。因此，寻找环境友好、致冷效率高和工作温区宽的电卡材料具有十分重要的意义。
铌酸银是一类具有复杂结构特征的金属氧化物，室温下平均结构为正交反铁电相。该材料具有相转变电场大，极化强度和耐压强度高的特点，其在压电、介电、光催化以及储能电容器中具有重要的应用价值。在高电场作用下，铌酸银在外加电场及温度场的诱导作用下发生反铁电-铁电相变，在此相变过程中，伴随着巨大的熵变，从而会产生巨大的电卡效应。此外，随着温度的升高，铌酸银将发生如下相变：
Figure BDA0002387576800000021
上述一系列的相变会引起一系列的熵变，也就意味着将会产生相对应的电卡效应。
铌酸银的可贵之处更在于其在室温附近很宽的温度范围内可以获得较大的负电卡效应绝热温变。这种负电卡效应除了本身可以进行致冷，更重要的意义在于负电卡效应与正电卡效应可以协同工作，提高电卡效应的致冷效率。即在某些工作温区内，施加电场时，负电卡效应产生的绝热温变可以致冷，撤去电场时，正电卡效应产生的绝热温变亦可致冷，铌酸银电卡效应的致冷效率提高，起到了事半功倍的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种铌酸银陶瓷在电卡致冷效应中的应用，尤其提供了一种用于电卡效应致冷的陶瓷材料，兼具正电卡效应和负电卡效应，且本发明的陶瓷材料避免使用铅基材料，克服了现有技术中使用铅基陶瓷材料的问题。
一种多功能铌酸银陶瓷在电卡效应致冷领域中的应用，所述铌酸银陶瓷的化学式为AgxNbO2.5+x/2，其中，1≤x≤1.05。
在高电场诱导下，铌酸银发生反铁电-铁电相变所引起的巨大熵变与电卡效应，此外，由于铌酸银陶瓷具有丰富的相变，而相变处可产生较大熵变，在特定的温区内兼具正电卡效应和负电卡效应所引起的绝热温变。基于此，本发明将铌酸银陶瓷应用于电卡效应致冷技术领域，正负电卡效应协同工作，有效提高电卡效应的致冷效率，使其可以成为锆酸铅基反铁电致冷材料有利备选材料。
在本发明的一些实施方案中能够，应用有上述多功能铌酸银陶瓷的陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学式称取适量Ag2O和Nb2O5，球磨，然后将原料烘干、研磨和过筛；
(2)将步骤(1)得到的粉体预烧，得到AgNbO3粉体；
(3)向AgNbO3粉体中加入一定浓度的聚乙烯醇溶液，进行人工造粒，筛选预设粒径的粉料；
(4)将步骤(3)所得粉料静置一定时间后压成坯体，然后将所述坯体冷等静压；
(5)将冷等静压后的坯体在纯氧条件下烧结，得到所述铌酸银陶瓷；
(6)将所述铌酸银陶瓷减薄至预设厚度，然后在陶瓷片的表面焙烧高温银电极和/或溅射金电极。
在进一步的实施方案中，将所述AgNbO3粉体进行造粒前还依次经过了二次球磨、烘干处理；步骤(1)中球磨的时间为12～24h，所述二次球磨的时间为4～24h；步骤(1)中球磨和所述二次球磨时的转速为250～450r/min，并在70～110℃下烘干。
在进一步的实施方案中，球磨溶剂为酒精、异丙醇、去离子水中的一种或两种以上的混合物；球磨介质为氧化锆球或玛瑙球，其中，原料：球磨介质：球磨溶剂的质量比为1：1～2：1～2；所述球磨介质中大球：中球：小球的质量之比为1：1～2：1～2。
具体地，所述大球的粒径为6～10mm，所述中球的粒径为3～5mm，所述小球的粒径为1～2mm。
在进一步的实施方案中，所述AgNbO3粉体在纯氧气氛下预烧，氧气流量为50～500mL/min，预烧温度为800～900℃，升降温速率为2～5℃/min，保温时间为3～6h。
在进一步的实施方案中，造粒时，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇和去离子水的质量比为4％～7％，聚乙烯醇的加入量为所述AgNbO3粉体质量的4％～7％；所述预设粒径为120～245μm。
在进一步的实施方案中，造粒后的粉料静置10～24h后，放入直径为10～12mm的不锈钢模具中，在100～200MPa压力下压成圆片坯体。
在进一步的实施方案中，所述坯体密封在真空包装中冷等静压，压力为100～300MPa，时间为1～10min。
在进一步的实施方案中，将所述坯体放入刚玉坩埚中，置于管式气氛炉中进行通氧排胶并烧结，氧气流量为50～500mL/min；在200～350℃与600～750℃处进行分段排胶；升温速率为0.5～5℃/min，保温2～4h；之后进一步升温到1000～1150℃，升降温速率1～5℃/min，保温3～8h，冷却至室温后得到烧结陶瓷。
具体地，所述预设厚度为0.15～0.4mm厚度。
具体地，所述金属电极为银电极或金电极。
在进一步的实施方案中，焙烧高温银电极的方法为：将银浆涂覆在陶瓷片上，置于氧气氛中保温5～30min，温度为550～650℃，自然冷却至室温，即获得所述用于电卡效应致冷的陶瓷材料。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明提供了一种能够用于电卡效应致冷的铌酸银陶瓷材料，该铌酸银陶瓷材料在特定的温度区间内同时负电卡效应与正电卡效应，正负电卡效应协同工作，可有效提高电卡效应的致冷效率；
2、本发明的铌酸银陶瓷的制备方法步骤简单、稳定性好，且对环境友好，适用于开发高致冷效率微型致冷器，具有重大的实用价值；
3、本发明将铌酸银材料的应用从压电、储能和光催化等领域拓展到电卡效应致冷领域，拓宽了铌酸银材料的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一个实施例的应用于电卡效应致冷领域的铌酸银陶瓷的介电性能随温度的变化规律图；
图2为本发明一个实施例的铌酸银陶瓷的电卡效应绝热温变随温度的变化规律图；
图3为本发明对比例的铌酸银陶瓷的电卡效应绝热温变随温度的变化规律图；
图4为本发明一个实施例的铌酸银陶瓷的熵变随温度的变化规律图；
图5为本发明一个实施例的铌酸银陶瓷的致冷系数随温度的变化规律图；
图6为本发明一个实施例的铌酸银陶瓷的致冷效率随温度的变化规律图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
下面的实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
本发明提供了一种多功能铌酸银陶瓷在电卡效应致冷领域中的应用，所述铌酸银陶瓷的化学式为AgxNbO2.5+x/2，其中，1≤x≤1.05。
应用有上述的多功能铌酸银陶瓷的陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学式称取适量Ag2O和Nb2O5，对原料进行球磨使其混合均匀，然后将原料置于70～110℃的烘箱中烘干，随后进行研磨并过150～200目筛；
(2)将步骤(1)得到的粉体预烧，粉体预烧均在纯氧气氛下进行，氧气流量为50～500mL/min，预烧温度为800～900℃，升降温速率为2～5℃，保温时间为3～6h，得到AgNbO3粉体；
(3)向AgNbO3粉体中加入一定浓度的聚乙烯醇溶液，进行人工造粒，筛选预设粒径的粉料；所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇和去离子水的质量比为4％～7％，聚乙烯醇的加入量为所述AgNbO3粉体质量的4％～7％；所述预设粒径为120～245μm；
(4)将步骤(3)所得粉料静置10～24h后，放入直径为10～12mm的不锈钢模具中，压成坯体，压力为100～200MPa，然后将该坯体抽真空密封后进行冷等静压，压力为100～300MPa，时间为1～10min；
(5)将步骤(4)中得到的圆片坯体放入刚玉坩埚中，置于管式气氛炉中进行通氧排胶并烧结，氧气流量为50～500mL/min，排胶温度为200～350℃与600～750℃处进行分段排胶，升温速率为0.5～5℃/min，保温2～4h；之后进一步升温到1050～1100℃，升降温速率2～5℃/min，保温3～6h，冷却至室温，得到结构致密的多功能铌酸银陶瓷；
(6)将所述铌酸银陶瓷减薄至预设厚度，然后在陶瓷片的表面焙烧高温银电极和/或溅射金电极。。
进一步地，将步骤(2)中合成的AgNbO3粉体进行二次球磨，球磨时间为4～24h，置于70～110℃的烘箱中进行烘干备用。步骤(1)中球磨的时间为12～24h，所述二次球磨的时间为4～24h；步骤(1)中球磨和所述二次球磨时的转速为250～450r/min，并在70～110℃下烘干。
球磨溶剂为酒精、异丙醇、去离子水中的一种或两种以上的混合物；球磨介质为氧化锆球或玛瑙球，其中，原料：球磨介质：球磨溶剂的质量比为1：1～2：1～2；所述球磨介质中大球：中球：小球的质量之比为1：1～2：1～2；所述大球的粒径为6～10mm，所述中球的粒径为3～5mm，所述小球的粒径为1～2mm。
将上述的多功能铌酸银陶瓷制备成用于电卡效应致冷的陶瓷材料，制备方法为：将铌酸银陶瓷减薄至厚度为0.15～0.4mm，并在其上下表面焙烧高温银电极或者溅射金电极，其中焙烧银电极具体为将银浆涂覆在烧结成瓷的陶瓷片上，置于氧气氛中保温5～30min，氧气流量为50～500mL/min，温度为550～650℃，然后自然冷却至室温，获得可用于电卡效应致冷的陶瓷材料。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
本实施例提供一种铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用，该多功能铌酸银陶瓷化学式为AgxNbO2.5+x/2，所述x为1.01。
该铌酸银陶瓷在氧气气氛下采用固相合成法合成，制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学式称取适量Ag2O和Nb2O5，对原料进行球磨使其混合均匀，然后将原料置于70℃的烘箱中烘干，随后进行研磨并过150目筛；球磨溶剂为酒精；球磨介质为氧化锆球或玛瑙球，其中，原料：球磨介质：球磨溶剂的质量比为1：2：1；所述球磨介质中大球：中球：小球的质量之比为1：2：2；球磨转速为300r/min，球磨时间为12h；
(2)将步骤(1)得到的粉体预烧，粉体预烧均在纯氧气氛下进行，氧气流量为50mL/min，预烧温度为800℃，升降温速率为2℃/min，保温时间为5h，得到AgNbO3粉体；将AgNbO3粉体进行二次球磨，球磨时间为24h，置于90℃的烘箱中进行烘干，备用；
(3)向烘干后的AgNbO3粉体中加入一定浓度的聚乙烯醇溶液，进行人工造粒，筛选预设粒径的粉料；所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇和去离子水的质量比为7％，聚乙烯醇的加入量为所述AgNbO3粉体质量的4％；所述预设粒径为120-198μm；
(4)将步骤(3)所得粉料静置10h后，放入直径为10mm的不锈钢模具中，压成坯体，压力为100MPa，然后将该坯体抽真空密封后进行冷等静压，压力为150MPa，时间为10min；
(5)将步骤(4)中得到的圆片坯体放入刚玉坩埚中，置于管式气氛炉中进行通氧排胶并烧结，氧气流量为100mL/min，排胶温度为300℃与600℃处进行分段排胶，升温速率为0.5℃/min，保温4h；之后进一步升温到1050℃，升降温速率5℃/min，保温4h，冷却至室温，得到结构致密的多功能铌酸银陶瓷。
将上述的多功能铌酸银陶瓷制备成用于电卡效应致冷的陶瓷材料，制备方法为：将铌酸银陶瓷减薄至厚度为0.3mm，并在其上下表面焙烧高温银电极或者溅射金电极，其中，焙烧银电极具体为将银浆涂覆在烧结成瓷的陶瓷片上，置于氧气氛中保温10min，氧气流量为100mL/min，温度为550℃，然后自然冷却至室温，获得可用于电卡效应致冷的陶瓷材料。
实施例2
本实施例提供一种铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用，该多功能铌酸银陶瓷化学式为AgxNbO2.5+x/2，所述x为1.00。
该铌酸银陶瓷在氧气气氛下采用固相合成法合成，制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学式称取适量Ag2O和Nb2O5，对原料进行球磨使其混合均匀，然后将原料置于90℃的烘箱中烘干，随后进行研磨并过200目筛；球磨溶剂为酒精和去离子水中的混合液体；球磨介质为氧化锆球或玛瑙球，其中，原料：球磨介质：球磨溶剂的质量比为1：2：2；所述球磨介质中大球：中球：小球的质量之比为1：2：1；球磨转速为250r/min，球磨时间为14h；
(2)将步骤(1)得到的粉体预烧，粉体预烧均在纯氧气氛下进行，氧气流量为250mL/min，预烧温度为850℃，升降温速率为4℃/min，保温时间为3h，得到AgNbO3粉体；将AgNbO3粉体进行二次球磨，球磨时间为16h，置于70℃的烘箱中进行烘干，备用；
(3)向烘干后的AgNbO3粉体中加入一定浓度的聚乙烯醇溶液，进行人工造粒，筛选预设粒径的粉料；所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇和去离子水的质量比为6％，聚乙烯醇的加入量为所述AgNbO3粉体质量的5％；所述预设粒径为165-245μm；
(4)将步骤(3)所得粉料静置16h后，放入直径为12mm的不锈钢模具中，压成坯体，压力为200MPa，然后将该坯体抽真空密封后进行冷等静压，压力为300MPa，时间为5min；
(5)将步骤(4)中得到的圆片坯体放入刚玉坩埚中，置于管式气氛炉中进行通氧排胶并烧结，氧气流量为250mL/min，排胶温度为250℃与650℃处进行分段排胶，升温速率为2℃/min，保温2h；之后进一步升温到1090℃，升降温速率3℃/min，保温5h，冷却至室温，得到结构致密的多功能铌酸银陶瓷。
将上述的多功能铌酸银陶瓷制备成用于电卡效应致冷的陶瓷材料，制备方法为：将铌酸银陶瓷减薄至厚度为0.15mm，并在其上下表面焙烧高温银电极或者溅射金电极，其中，焙烧银电极具体为将银浆涂覆在烧结成瓷的陶瓷片上，置于氧气氛中保温25min，氧气流量为500mL/min，温度为650℃，然后自然冷却至室温，获得可用于电卡效应致冷的陶瓷材料。
实施例3
本实施例提供一种铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用，该多功能铌酸银陶瓷化学式为AgxNbO2.5+x/2，所述x为1.02。
该铌酸银陶瓷在氧气气氛下采用固相合成法合成，制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学式称取适量Ag2O和Nb2O5，对原料进行球磨使其混合均匀，然后将原料置于110℃的烘箱中烘干，随后进行研磨并过150目筛；球磨溶剂为酒精；球磨介质为氧化锆球或玛瑙球，其中，原料：球磨介质：球磨溶剂的质量比为1：1：2；所述球磨介质中大球：中球：小球的质量之比为1：1：2；球磨转速为350r/min，球磨时间为20h；
(2)将步骤(1)得到的粉体预烧，粉体预烧均在纯氧气氛下进行，氧气流量为500mL/min，预烧温度为900℃，升降温速率为5℃/min，保温时间为6h，得到AgNbO3粉体；将AgNbO3粉体进行二次球磨，球磨时间为4h，置于110℃的烘箱中进行烘干，备用；
(3)向烘干后的AgNbO3粉体中加入一定浓度的聚乙烯醇溶液，进行人工造粒，筛选预设粒径的粉料；所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇和去离子水的质量比为5％，聚乙烯醇的加入量为所述AgNbO3粉体质量的6％；所述预设粒径为150-160μm；
(4)将步骤(3)所得粉料静置22h后，放入直径为12mm的不锈钢模具中，压成坯体，压力为150MPa，然后将该坯体抽真空密封后进行冷等静压，压力为200MPa，时间为8min；
(5)将步骤(4)中得到的圆片坯体放入刚玉坩埚中，置于管式气氛炉中进行通氧排胶并烧结，氧气流量为500mL/min，排胶温度为350℃与700℃处进行分段排胶，升温速率为5℃/min，保温3h；之后进一步升温到1070℃，升降温速率2℃/min，保温3h，冷却至室温，得到结构致密的多功能铌酸银陶瓷。
将上述的多功能铌酸银陶瓷制备成用于电卡效应致冷的陶瓷材料，制备方法为：将铌酸银陶瓷减薄至厚度为0.2mm，并在其上下表面焙烧高温银电极或者溅射金电极，其中，焙烧银电极具体为将银浆涂覆在烧结成瓷的陶瓷片上，置于氧气氛中保温5min，氧气流量为200mL/min，温度为600℃，然后自然冷却至室温，获得可用于电卡效应致冷的陶瓷材料。
对比例
一种铌酸银陶瓷在电卡效应致冷技术中的应用，该多功能铌酸银陶瓷化学式为AgxNbO2.5+x/2，所述x为0.95。
该铌酸银陶瓷在氧气气氛下采用固相合成法合成，制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学式称取适量Ag2O和Nb2O5，对原料进行球磨使其混合均匀，然后将原料置于110℃的烘箱中烘干，随后进行研磨并过150目筛；球磨溶剂为异丙醇；球磨介质采用玛瑙球，其中，原料：球磨介质：球磨溶剂的质量比为1：1：1.5；所述球磨介质中大球：中球：小球的质量之比为1：1：1；球磨转速为350r/min，球磨时间为12h；
(2)将步骤(1)得到的粉体预烧，粉体预烧均在纯氧气氛下进行，氧气流量为100mL/min，预烧温度为830℃，升降温速率为5℃/min，保温时间为4h，得到AgNbO3粉体；将AgNbO3粉体进行二次球磨，球磨时间为6h，置于110℃的烘箱中进行烘干，备用；
(3)选择粒径为106-165μm的粉体，放入直径为10mm的不锈钢模具中，压成坯体，压力为150MPa，然后将该坯体抽真空密封后进行冷等静压，压力为200MPa，时间为8min；
(4)将步骤(3)中得到的圆片坯体放入刚玉坩埚中，置于管式气氛炉中烧结，氧气流量为100mL/min，升温速率为5℃/min，于1060℃处保温，保温3h，冷却至室温，得到烧结后的陶瓷。
将上述的铌酸银陶瓷制备成用于电卡效应致冷的陶瓷材料，制备方法为：将铌酸银陶瓷减薄至厚度为0.15mm，并在其上下表面焙烧高温银电极或者溅射金电极，其中，焙烧银电极具体为将银浆涂覆在烧结成瓷的陶瓷片上，置于氧气氛中保温5min，氧气流量为100mL/min，温度为600℃，然后自然冷却至室温，获得可用于电卡效应致冷的陶瓷材料。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种多功能铌酸银陶瓷在电卡效应致冷领域中的应用，其特征在于，所述铌酸银陶瓷的化学式为AgxNbO2.5+x/2，其中，1≤x≤1.05。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，应用有所述铌酸银陶瓷的陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学式称取适量Ag2O和Nb2O5，球磨，然后将原料烘干、研磨和过筛；
(2)将步骤(1)得到的粉体预烧，得到AgNbO3粉体；
(3)向AgNbO3粉体中加入一定浓度的聚乙烯醇溶液，进行人工造粒，筛选预设粒径的粉料；
(4)将步骤(3)所得粉料静置一定时间后压成坯体，然后将所述坯体冷等静压；
(5)将冷等静压后的坯体在纯氧条件下烧结，得到所述铌酸银陶瓷；
(6)将所述铌酸银陶瓷减薄至预设厚度，然后在陶瓷片的表面焙烧高温银电极和/或溅射金电极。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，将所述AgNbO3粉体进行造粒前还依次经过了二次球磨、烘干处理；步骤(1)中球磨的时间为12～24h，所述二次球磨的时间为4～24h；步骤(1)中球磨和所述二次球磨时的转速为250～450r/min，并在70～110℃下烘干。
4.根据权利要求2或3所述的应用，其特征在于，球磨时，球磨溶剂为酒精、异丙醇、去离子水中的一种或两种以上的混合物；球磨介质为氧化锆球或玛瑙球，其中，原料：球磨介质：球磨溶剂的质量比为1：1～2：1～2；所述球磨介质中大球：中球：小球的质量之比为1：1～2：1～2；所述大球的粒径为6～10mm，所述中球的粒径为3～5mm，所述小球的粒径为1～2mm。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述AgNbO3粉体在纯氧气氛下预烧，氧气流量为50～500mL/min，预烧温度为800～900℃，升降温速率为2～5℃/min，保温时间为3～6h。
6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，造粒时，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇和去离子水的质量比为4％～7％，聚乙烯醇的加入量为所述AgNbO3粉体质量的4％～7％；所述预设粒径为120～245μm。
7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，造粒后的粉料静置10～24h后，放入直径为10～12mm的不锈钢模具中，在100～200MPa压力下压成圆片坯体；所述坯体密封在真空包装中冷等静压，压力为100～300MPa，时间为1～10min。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，将所述坯体放入刚玉坩埚中，置于管式气氛炉中进行通氧排胶并烧结，氧气流量为50～500mL/min；在200～350℃与600～750℃处进行分段排胶；升温速率为0.5～5℃/min，保温2～4h；之后进一步升温到1000～1150℃，升降温速率1～5℃/min，保温3～8h，冷却至室温后得到烧结陶瓷。
9.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述预设厚度为0.15～0.4mm厚度；焙烧高温银电极的方法为：将银浆涂覆在陶瓷片上，置于氧气氛中保温5～30min，温度为550～650℃，自然冷却至室温，即获得用于电卡效应致冷的陶瓷材料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112871002A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 长飞光纤光缆股份有限公司 一种多组分粉体原料的匀混方法
CN114914088A (zh) * 2022-05-25 2022-08-16 南京邮电大学 一种高储能铌酸银陶瓷电容器及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2947698A (en) * 1958-09-29 1960-08-02 Ibm Silver niobate ferroelectric materials
CN1300446A (zh) * 1999-03-10 2001-06-20 住友特殊金属株式会社 热电转换材料及其制作方法
JP2004225920A (ja) * 2002-11-27 2004-08-12 Aisin Seiki Co Ltd 蓄冷器
CN1754858A (zh) * 2004-09-29 2006-04-05 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩陶瓷组合物及其应用
CN106478097A (zh) * 2016-09-22 2017-03-08 清华大学 铌酸银基无铅反铁电储能陶瓷及其制备方法
CN108424122A (zh) * 2018-03-20 2018-08-21 西安交通大学 一种宽温度稳定性的高储能密度无铅反铁电陶瓷材料的制备方法
CN108439981A (zh) * 2018-03-20 2018-08-24 西安交通大学 一种宽温区介电稳定性和高储能密度的铌酸银基反铁电材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2947698A (en) * 1958-09-29 1960-08-02 Ibm Silver niobate ferroelectric materials
CN1300446A (zh) * 1999-03-10 2001-06-20 住友特殊金属株式会社 热电转换材料及其制作方法
JP2004225920A (ja) * 2002-11-27 2004-08-12 Aisin Seiki Co Ltd 蓄冷器
CN1754858A (zh) * 2004-09-29 2006-04-05 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩陶瓷组合物及其应用
CN106478097A (zh) * 2016-09-22 2017-03-08 清华大学 铌酸银基无铅反铁电储能陶瓷及其制备方法
CN108424122A (zh) * 2018-03-20 2018-08-21 西安交通大学 一种宽温度稳定性的高储能密度无铅反铁电陶瓷材料的制备方法
CN108439981A (zh) * 2018-03-20 2018-08-24 西安交通大学 一种宽温区介电稳定性和高储能密度的铌酸银基反铁电材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. KANIA等: "The ferroelectric phase in AgNbO3", 《FERROELECTRICS》 *
罗绍华等: "《材料科学研究与工程技术系列丛书 功能材料》", 31 December 2014, 东北大学出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112871002A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 长飞光纤光缆股份有限公司 一种多组分粉体原料的匀混方法
CN114914088A (zh) * 2022-05-25 2022-08-16 南京邮电大学 一种高储能铌酸银陶瓷电容器及其制备方法
CN114914088B (zh) * 2022-05-25 2023-12-19 南京邮电大学 一种高储能铌酸银陶瓷电容器及其制备方法

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