CN117658627A - 用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷及其制备方法 - Google Patents
用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117658627A CN117658627A CN202311627618.6A CN202311627618A CN117658627A CN 117658627 A CN117658627 A CN 117658627A CN 202311627618 A CN202311627618 A CN 202311627618A CN 117658627 A CN117658627 A CN 117658627A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic
- phase change
- change detection
- fluorescence
- ferroelectric ceramic
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 230000008859 change Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 50
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 49
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 27
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 21
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 21
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 21
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 8
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 7
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 6
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 6
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 6
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 4
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(III) oxide Inorganic materials O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(III) oxide Inorganic materials O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N europium(III) oxide Inorganic materials O=[Eu]O[Eu]=O RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 38
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 30
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 21
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 20
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 10
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 10
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 10
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 10
- FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N bismuth sodium Chemical compound [Na].[Bi] FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- -1 rare earth ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- KVNRLNFWIYMESJ-UHFFFAOYSA-N butyronitrile Chemical compound CCCC#N KVNRLNFWIYMESJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 5
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003985 ceramic capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 238000000875 high-speed ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000005404 monopole Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷,化学组成通式为(1‑x)Bi0.5‑yM′yNa0.5TiO3‑xSrM″O3,其中x=0~0.9,y=0~0.2,M′为Dy3+、Eu3+、Pr3+、Er3+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合;M″表示Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合。本发明还公开了用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,解决了现有介电陶瓷存在的储能密度低、荧光光色连续可调难度大的问题。
Description
技术领域
本发明属于无铅介电陶瓷电容器材料技术领域,涉及用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷,还涉及上述用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法。
背景技术
以铁电陶瓷为介质的介电电容器具有功率密度高(~108W/kg)、充放电速度快(<1μs)等优点,非常契合脉冲功率系统和储能电容领域的使用要求,广泛应用于脉冲功率器件、电磁武器、混合动力汽车等场景。介电电容器在服役时往往需要面对极寒和高温环境,巨大的温差变化使陶瓷电容器需要经历复杂的结构相变和剧烈的性能波动,因此快速高效的性能监测对于评估介电电容器的服役寿命和预防产品失效具有重要意义。
介电温谱测试、X射线衍射等分析手段或需要外加电场或具有破坏性,不适用检测封装集成后的介电电容器。为了实现非接触无损检测,在铁电陶瓷中引入稀土发光离子,利用铁电相变-荧光性能之间的耦合关系,实现铁电-荧光多功能陶瓷的结构相变监测,荧光铁电陶瓷因其优异的荧光特性以及荧光-结构-电场之间独特的耦合关系在生物医用材料、防伪以及非接触式无损检测等领域发挥着关键性作用。
当前铁电-荧光多功能陶瓷的结构相变监测技术主要有荧光强度和荧光峰位位移两种检测方式。中国专利《一种稀土掺杂的钛酸铋钠基陶瓷及制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法》(申请日:2018.03.19;申请号:CN201810225662.7;公开日:2018.08.31;公开号:CN108467263A)公开了一种Bi0.5Na0.5TiO3基荧光铁电材料,储能-荧光铁电陶瓷储能密度低,利用荧光强度和峰位变化探测铁电相变易受环境的干扰,会显著降低结构相变测试精度。此外,介电储能中最有潜力的弛豫铁电材料,呈现出弥散相变特征,介电温谱上没有明显的相转变点,传统的荧光探测铁电-顺电相变方式精度严重不足。现有的铁电-荧光多功能陶瓷制备过程中多在原有化合物的基础上,直接掺入不同比例的稀土发光元素,例如:Bi0.5Na0.5TiO3-0.04mol Dy或Bi0.5Na0.5TiO3-0.5at.%Dy2O3,这种掺杂方式中稀土离子实际掺杂量和替代格位不确定性大,荧光光色调控难度大,不利于得到精确的化学配比,导致产品质量不佳。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷,解决了现有介电陶瓷存在的储能密度低、荧光光色连续可调难度大的问题。
本发明的另一个目的是提供用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法。
本发明所采用的一种技术方案是,用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷,化学组成通式为(1-x)Bi0.5-yM′yNa0.5TiO3-xSrM″O3,其中x=0~0.9,y=0~0.2,M′为Dy3+、Eu3 +、Pr3+、Er3+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合;M″表示Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合。
本发明所采用的另一种技术方案是,用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为(1-x)Bi0.5-yM′yNa0.5TiO3-xSrM″O3,其中x=0~0.9,y=0~0.2,分别称取原料Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、Eu2O3、Pr2O3、SrCO3、Er2O3、HfO2、SnO2、ZrO2和TiO2;
步骤2、将步骤1称取的原料在行星式球磨机上球磨烘干,装入氧化铝坩埚中预烧,得到陶瓷粉体前驱体;
步骤3、将步骤2得到的陶瓷粉体前驱体依次进行二次球磨、加胶造粒、预压成型以及冷等静压,最终得到圆片状陶瓷生坯;
步骤4、将步骤3得到的圆片状陶瓷生坯置于马弗炉,通过排胶和终烧工艺得到致密的陶瓷样品。
本发明的特点还在于,
步骤2中的粉体球磨6h-24h并烘干。
步骤2中在830℃-860℃温度下烧结1-3h。
步骤2中的两次球磨转速均为300r/min-600r/min,球磨时间为6h-24h。
步骤3中的加胶造粒过程采用5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂。
步骤3中的预压成型过程中电动压片压强在0.5Pa-5Pa,保压时间为1min-5min。
步骤3中的冷等静压压强在100MPa-300MPa,保压时间为1min-5min。
步骤4中的终烧工艺采用两步烧结法,先以1℃/min-5℃/min的速度升温至1000℃-1250℃,再以5℃/min-20℃/min的速度降温至1000℃-1150℃,此温度下保温1h-5h,最后以3℃/min-20℃/min的速度降至室温。
步骤1中的选择Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、Eu2O3、Pr2O3、SrCO3、Er2O3、HfO2、SnO2、ZrO2和TiO2纯度不低于99%。
本发明的有益效果是:本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷,通过在钛酸铋钠基陶瓷中引入第二元固溶体和三价稀土离子,最终获得兼具高储能密度和荧光可调性能的钛酸铋钠基无铅介电陶瓷。制备的钛酸铋钠基无铅介电陶瓷具有储能密度高、荧光发射强度和荧光光色可调,此外还具有较高的击穿电场。
附图说明
图1是本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷实施例2的X射线衍射图谱图;
图2是本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷实施例2陶瓷的扫描电子显微镜图;
图3是本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷实施例2在室温下测得的电滞回线图;
图4是本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷实施例2在室温下不同Dy掺杂比例且389nm激发的陶瓷发射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷,化学组成通式为(1-x)Bi0.5- yM′yNa0.5TiO3-xSrM″O3,其中x=0~0.9,y=0~0.2,M′为Dy3+、Eu3+、Pr3+、Er3+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合;M″表示Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合。
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为(1-x)Bi0.5-yM′yNa0.5TiO3-xSrM″O3,其中x=0~0.9,y=0~0.2,分别称取原料Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、Eu2O3、Pr2O3、SrCO3、Er2O3、HfO2、SnO2、ZrO2和TiO2;选择Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、Eu2O3、Pr2O3、SrCO3、Er2O3、HfO2、SnO2、ZrO2和TiO2纯度不低于99%。
步骤2、将步骤1称取的原料在行星式球磨机上球磨烘干,装入氧化铝坩埚中预烧,得到陶瓷粉体前驱体;
球磨6h-24h后的粉体烘干;在830℃-860℃温度下烧结1-3h;
步骤3、将步骤2得到的陶瓷粉体前驱体依次进行二次球磨、加胶造粒、预压成型以及冷等静压,最终得到圆片状陶瓷生坯;
两次球磨转速均为300r/min-600r/min,球磨时间为6h-24h。
加胶造粒过程采用5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂。
预压成型过程中电动压片压强在0.5Pa-5Pa,保压时间为1min-5min。
冷等静压压强在100MPa-300MPa,保压时间为1min-5min。
步骤4、将步骤3得到的圆片状陶瓷生坯置于马弗炉,通过排胶和终烧工艺得到致密的陶瓷样品;
终烧工艺采用两步烧结法,先以1℃/min-5℃/min的速度升温至1000℃-1250℃,再以5℃/min-20℃/min的速度降温至1000℃-1150℃,此温度下保温1h-5h,最后以3℃/min-20℃/min的速度降至室温。
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,陶瓷化学式配比中提供可用于相变结构检测的高储能密度和荧光可调钛酸铋钠基无铅介电陶瓷,其中根据配方数值,调整x的大小可在样品中实现三方相、四方相、立方相以及多种相结构的共存,以及动态调整多相的相含量比例,再结合优化后的M′元素,最终得到高性能铁电储能陶瓷的相结构和荧光光色的对应关系,从而发挥荧光探针非接触无损检测的目的;采用无水乙醇作为介质并通过行星式球磨机高速球磨,其目的是使原料混合均匀并减小原料颗粒尺寸,从而减小前驱体和陶瓷样品的反应难度,减少杂相的生成;采用加胶造粒、冷等静压、保压及排胶的工艺,其优点在于增加陶瓷颗粒的均匀性和粘度,减少陶瓷压片过程中的分层现象,使得烧结后的陶瓷具有更高的致密度,从而获得更高的击穿电场和更少的结构缺陷,有利于同时实现高储能密度和优异的荧光性能。采用两步烧结法的手段烧结样品,其原理是利用低温烧结下陶瓷晶粒长大和扩散更慢,从而减小陶瓷晶粒,提高陶瓷的电阻,获得更高的击穿电场和更优异的储能性能,此步骤是本发明制备工艺中的关键点之一。采用固相烧结法制备钛酸铋钠基无铅介电陶瓷,突出特点是储能密度高、荧光发射强度和荧光光色可调,此外还具有较高的击穿电场,可广泛应用于介电储能电容器领域和陶瓷相变结构检测领域。
实施例1
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为0.6Bi0.4Pr0.1Na0.5TiO3-0.4SrTi0.5Zr0.5O3,选取AlfaAesar公司纯度为99%的Bi2O3、Na2CO3、Pr2O3、SrCO3、ZrO2和TiO2作为钛酸铋钠基无铅介电陶瓷原料;
步骤2、原料置于50mL聚四氟乙烯球磨罐内,加入无水乙醇作为介质,球磨转速为300r/min,球磨时间为6h;将球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中80℃烘干24h;将烘干的粉体装入氧化铝坩埚中,加盖放入马弗炉中预烧,设置升温速率为5℃/min,预烧温度为830℃,保温时间为1h;
步骤3、将预烧粉二次球磨,无水乙醇作为介质,球磨转速为300r/min,球磨时间为6h;将上述球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中80℃烘干24h;将烘干的粉体,置于研钵中充分研磨,然后过100目筛,过筛后的粉体装袋备用;将过筛后的粉体加入5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)充分研磨,形成均匀的粉体颗粒;称取0.25g上述粉料,装入直径为10mm的圆柱形模具中,在电动压片机上0.5Pa预压成型并保压1min;将压成的陶瓷样品装入丁腈手套,抽真空,接着放入冷等静压机,在100MPa下保压1min。
步骤4、将预压成型的样品置于马弗炉中,1℃/min的升温速率从室温升温至530℃,然后保温8小时,以排除造粒过程中加入的PVA;将上述生坯置于马弗炉高温烧结,终烧工艺采用两步烧结法,先以5℃/min的速度升温至1150℃,再以15℃/min的速度降温至1050℃,此温度下保温1.5小时,最后以10℃/min的速度降至室温。烧结过程中,将相同组分的粉体覆盖在陶瓷生坯上以减少其元素挥发;将烧结成瓷的样品分别在600目、1000目和1500目的砂纸上磨薄抛光。
在样品上下表面涂银,然后放入马弗炉500℃保温30min,用于测试其电学性能。
实施例2
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为0.65Bi0.4Dy0.1Na0.5TiO3-0.35SrTi0.5Zr0.5O3,选取AlfaAesar公司纯度为99%的Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、SrCO3、ZrO2和TiO2作为钛酸铋钠基无铅介电陶瓷原料;
步骤2、原料置于50mL聚四氟乙烯球磨罐内,加入无水乙醇作为介质,球磨转速为500r/min,球磨时间为10h;将上述球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中60℃烘干24h;将烘干的粉体装入氧化铝坩埚中,加盖放入马弗炉中预烧以获得预合成粉体,设置升温速率为4℃/min,预烧温度为845℃,保温时间为3h,之后随炉自然冷却。
步骤3、将预烧粉二次球磨,无水乙醇作为介质,球磨转速为450r/min,球磨时间为10h;将上述球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中60℃烘干24h;将烘干的粉体,置于研钵中充分研磨,然后过100目筛,过筛后的粉体装袋备用;将过筛后的粉体加入5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)充分研磨,形成均匀的粉体颗粒;称取0.23g上述粉料,装入直径为10mm的圆柱形模具中,在电动压片机上2Pa预压成型并保压3min;将预压成型的生坯装入丁腈手套,抽真空,接着放入冷等静压机,条件为300MPa保压3min。
步骤4、将预压成型的样品置于马弗炉中,3℃/min的升温速率从室温升温至550℃,然后保温8小时,以排除造粒过程中加入的PVA,将上述生坯置于马弗炉高温烧结,终烧工艺采用两步烧结法,先以3℃/min的速度升温至1160℃,再以8℃/min的速度降温至1050℃,此温度下保温3小时,最后以8℃/min的速度降至室温。烧结过程中,将相同组分的粉体覆盖在陶瓷生坯上以减少其元素挥发。将烧结成瓷的样品分别在800目、1200目和2000目的砂纸上磨薄抛光。
在样品上下表面涂银,然后放入马弗炉500℃保温20min,用于测试介电性能;在样品表面用磁控溅射仪溅射Au电极,用于测试电滞回线。
实施例2陶瓷组分的X射线衍射图,如图1所示,从图1中看出,本发明制备的BNT基陶瓷为纯相钙钛矿ABO3结构,X射线衍射峰强很高,证明陶瓷结晶性良好。
实施例2制得的陶瓷的扫描电子显微镜照片,如图2所示,从图2中看出,该陶瓷微观结构较为致密,晶粒尺寸较小,分布较为均匀。
实施例2陶瓷在室温下的电滞回线,如图3所示,从图3中看出,该组分陶瓷单极电滞回线的击穿场强超过400kV/cm,最大极化接近40μC/cm2,剩余极化在5μC/cm2左右,而且陶瓷的电滞回线呈现明显的延迟极化饱和特点,陶瓷具有优异的储能性能,经计算可知陶瓷的储能密度和储能效率分别为4.75J/cm3与76.5%。
实施例2在室温下不同Dy掺杂比例389nm激发的陶瓷发射光谱对比数据,如图4所示,从图4中看出,掺杂Dy3+元素后,陶瓷具有了明显的荧光发射特性,其中测试范围内陶瓷的发射光谱主要有蓝光和黄光发射两个谱峰,发射峰强度很高,分别位于483和576nm处,二者复合后将会呈现优异的白光发射。此外,由图还可以看出,随着Dy3+掺杂含量的变化,发射谱峰强度先增大后减小,在0.05Dy掺杂量下获得了最优异的荧光性能。
实施例3
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为Bi0.3Eu0.1Er0.1Na0.5TiO3,选取Alfa Aesar公司纯度为99%的Bi2O3、Na2CO3、Er2O3、Eu2O3和TiO2作为钛酸铋钠基无铅介电陶瓷原料;
步骤2、原料置于50mL聚四氟乙烯球磨罐内,加入无水乙醇作为介质,球磨转速为550r/min,球磨时间为16h;将球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中70℃烘干24h;将烘干的粉体装入氧化铝坩埚中,加盖放入马弗炉中预烧,设置升温速率为3℃/min,预烧温度为840℃,保温时间为3h;
步骤3、将预烧粉二次球磨,无水乙醇作为介质,球磨转速为550r/min,球磨时间为16h;将上述球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中70℃烘干24h;将烘干的粉体,置于研钵中充分研磨,然后过100目筛,过筛后的粉体装袋备用;将过筛后的粉体加入5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)充分研磨,形成均匀的粉体颗粒;称取0.25g上述粉料,装入直径为10mm的圆柱形模具中,在电动压片机上5Pa预压成型并保压1min;将压成的陶瓷样品装入丁腈手套,抽真空,接着放入冷等静压机,在300MPa下保压1min。
步骤4、将预压成型的样品置于马弗炉中,3℃/min的升温速率从室温升温至600℃,然后保温10小时,以排除造粒过程中加入的PVA;将上述生坯置于马弗炉高温烧结,终烧工艺采用两步烧结法,先以3℃/min的速度升温至1150℃,再以10℃/min的速度降温至1000℃,此温度下保温4小时,最后以3℃/min的速度降至室温。烧结过程中,将相同组分的粉体覆盖在陶瓷生坯上以减少其元素挥发;将烧结成瓷的样品分别在600目、1000目和1500目的砂纸上磨薄抛光。
在样品上下表面涂银,然后放入马弗炉500℃保温30min,用于测试其电学性能。
实施例4
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为0.8Bi0.3Eu0.1Dy0.1Na0.5TiO3-0.35SrZrO3,选取AlfaAesar公司纯度为99%的Bi2O3、Na2CO3、Eu2O3、Dy2O3、SrCO3和ZrO2作为钛酸铋钠基无铅介电陶瓷原料;
步骤2、原料置于50mL聚四氟乙烯球磨罐内,加入无水乙醇作为介质,球磨转速为600r/min,球磨时间为6h;将球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中80℃烘干24h;将烘干的粉体装入氧化铝坩埚中,加盖放入马弗炉中预烧,设置升温速率为3℃/min,预烧温度为860℃,保温时间为2h;
步骤3、将预烧粉二次球磨,无水乙醇作为介质,球磨转速为600r/min,球磨时间为6h;将上述球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中80℃烘干24h;将烘干的粉体,置于研钵中充分研磨,然后过100目筛,过筛后的粉体装袋备用;将过筛后的粉体加入5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)充分研磨,形成均匀的粉体颗粒;称取0.25g上述粉料,装入直径为10mm的圆柱形模具中,在电动压片机上1Pa预压成型并保压5min;将压成的陶瓷样品装入丁腈手套,抽真空,接着放入冷等静压机,在200MPa下保压5min。
步骤4、将预压成型的样品置于马弗炉中,2℃/min的升温速率从室温升温至500℃,然后保温5小时,以排除造粒过程中加入的PVA;将上述生坯置于马弗炉高温烧结,终烧工艺采用两步烧结法,先以3℃/min的速度升温至1250℃,再以20℃/min的速度降温至1050℃,此温度下保温2小时,最后以20℃/min的速度降至室温。烧结过程中,将相同组分的粉体覆盖在陶瓷生坯上以减少其元素挥发;将烧结成瓷的样品分别在600目、1000目和1500目的砂纸上磨薄抛光。
在样品上下表面涂银,然后放入马弗炉600℃保温20min,用于测试其电学性能。
实施例5
本发明用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为
0.2Bi0.3Dy0.1Pr0.1Na0.5TiO3-0.35SrSn0.5Hf0.5O3,选取Alfa Aesar公司纯度为99%的Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、Pr2O3、SrCO3、SnO2和HfO2作为钛酸铋钠基无铅介电陶瓷原料;
步骤2、原料置于50mL聚四氟乙烯球磨罐内,加入无水乙醇作为介质,球磨转速为550r/min,球磨时间为12h;将球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中80℃烘干12h;将烘干的粉体装入氧化铝坩埚中,加盖放入马弗炉中预烧,设置升温速率为5℃/min,预烧温度为840℃,保温时间为2h;
步骤3、将预烧粉二次球磨,无水乙醇作为介质,球磨转速为550r/min,球磨时间为12h;将上述球磨之后的浆料倒入蒸发皿中,置于烘箱中80℃烘干12h;将烘干的粉体,置于研钵中充分研磨,然后过100目筛,过筛后的粉体装袋备用;将过筛后的粉体加入5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)充分研磨,形成均匀的粉体颗粒;称取0.25g上述粉料,装入直径为10mm的圆柱形模具中,在电动压片机上0.5Pa预压成型并保压1min;将压成的陶瓷样品装入丁腈手套,抽真空,接着放入冷等静压机,在300MPa下保压1min。
步骤4、将预压成型的样品置于马弗炉中,3℃/min的升温速率从室温升温至530℃,然后保温6小时,以排除造粒过程中加入的PVA;将上述生坯置于马弗炉高温烧结,终烧工艺采用两步烧结法,先以3℃/min的速度升温至1200℃,再以10℃/min的速度降温至1100℃,此温度下保温2小时,最后以10℃/min的速度降至室温。烧结过程中,将相同组分的粉体覆盖在陶瓷生坯上以减少其元素挥发;将烧结成瓷的样品分别在600目、1000目和1500目的砂纸上磨薄抛光。
在样品上下表面涂银,然后放入马弗炉600℃保温30min,用于测试其电学性能。
Claims (10)
1.用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷,其特征在于,化学组成通式为(1-x)Bi0.5-yM′yNa0.5TiO3-xSrM″O3,其中x=0~0.9,y=0~0.2,M′为Dy3+、Eu3+、Pr3+、Er3+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合;M″表示Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+元素中的一种、或任意两种、或任意两种以上的组合。
2.用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、按照化学组成通式为(1-x)Bi0.5-yM′yNa0.5TiO3-xSrM″O3,其中x=0~0.9,y=0~0.2,分别称取原料Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、Eu2O3、Pr2O3、SrCO3、Er2O3、HfO2、SnO2、ZrO2和TiO2;
步骤2、将步骤1称取的原料在行星式球磨机上球磨烘干,装入氧化铝坩埚中预烧,得到陶瓷粉体前驱体;
步骤3、将步骤2得到的陶瓷粉体前驱体依次进行二次球磨、加胶造粒、预压成型以及冷等静压,最终得到圆片状陶瓷生坯;
步骤4、将步骤3得到的圆片状陶瓷生坯置于马弗炉,通过排胶和终烧工艺得到致密的陶瓷样品。
3.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤2中的粉体为球磨6h-24h后烘干。
4.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤2中在830℃-860℃温度下烧结1-3h。
5.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤2中的两次球磨转速均为300r/min-600r/min,球磨时间为6h-24h。
6.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤3中的加胶造粒过程采用5.6wt%的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂。
7.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤3中的预压成型过程中电动压片压强在0.5Pa-5Pa,保压时间为1min-5min。
8.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤3中的冷等静压压强在100MPa-300MPa,保压时间为1min-5min。
9.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤4中的终烧工艺采用两步烧结法,先以1℃/min-5℃/min的速度升温至1000℃-1250℃,再以5℃/min-20℃/min的速度降温至1000℃-1150℃,此温度下保温1h-5h,最后以3℃/min-20℃/min的速度降至室温。
10.根据权利要求2所述的用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤1中的选择Bi2O3、Na2CO3、Dy2O3、Eu2O3、Pr2O3、SrCO3、Er2O3、HfO2、SnO2、ZrO2和TiO2纯度不低于99%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311627618.6A CN117658627A (zh) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | 用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311627618.6A CN117658627A (zh) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | 用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117658627A true CN117658627A (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=90081993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311627618.6A Pending CN117658627A (zh) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | 用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117658627A (zh) |
-
2023
- 2023-11-30 CN CN202311627618.6A patent/CN117658627A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105198416B (zh) | 一种低温烧结的高储能密度反铁电陶瓷材料及其制备方法 | |
CN110511018B (zh) | 一种高储能密度陶瓷电容器电介质及其制备方法 | |
CN102674832B (zh) | 一种钛酸钡基无铅含铋弛豫铁电陶瓷材料及制备方法 | |
CN111393149B (zh) | 一种锆锡酸镧铅反铁电陶瓷及其制备方法和应用 | |
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 | |
CN111484325A (zh) | 一种钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
CN114644523A (zh) | 一种钙钛矿结构高熵介电陶瓷及其制备方法 | |
CN111170735B (zh) | 一种高电能存储效率的陶瓷材料及其制备方法 | |
CN113666743A (zh) | 一种knn基透明储能陶瓷材料及其制备方法 | |
CN114716248A (zh) | 一种高储能性的稀土掺杂钨青铜结构陶瓷材料及制备方法 | |
CN114605151B (zh) | Gd-Ta共掺杂钨青铜结构铁电储能陶瓷材料及制备方法 | |
CN113024250B (zh) | 高储能密度和储能效率的Sb5+掺杂铌酸锶钠银钨青铜铁电陶瓷材料及制备方法 | |
CN111018516A (zh) | 钛酸钡基高储能密度电子陶瓷及其制备方法 | |
CN102976748A (zh) | 高致密钛酸锶钡陶瓷及其制备方法 | |
CN114436643A (zh) | 一种巨介电常数、低介电损耗陶瓷及其制备方法 | |
CN115368132B (zh) | 一种钛酸钡基陶瓷材料及制备方法 | |
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 | |
CN115376825B (zh) | 一种兼具高储能密度和储能效率的nn基储能陶瓷块体材料及其制备方法 | |
CN117658627A (zh) | 用于相变检测的高储能荧光可调铁电陶瓷及其制备方法 | |
CN114874007B (zh) | 锆酸钙-钛酸锶高效率储能电介质复合陶瓷的制备方法 | |
CN105461298B (zh) | 一种锰离子部分置换钛离子高储能密度钛酸锶钡基陶瓷及其制备方法 | |
CN110304916A (zh) | 一种抗还原BaTiO3基介质陶瓷及制备方法 | |
CN117623765A (zh) | 兼具储能和荧光特性的钛酸铋钠基介电陶瓷及其制备方法 | |
CN114520114B (zh) | 一种高温度稳定性钛酸铋钠基介质储能陶瓷及其制备方法 | |
CN115872735B (zh) | 一种锆锡铪酸镧铅陶瓷及其制备方法和储能应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication |