一種高儲能效率鑭摻雜鋯鈦錫酸鉛反鐵電陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于功能陶瓷領(lǐng)域，設(shè)及一種反鐵電儲能陶瓷材料，尤其設(shè)及一種高儲能 效率的反鐵電陶瓷材料及陶瓷元件。
【背景技術(shù)】
[000引自上世紀70年代W來，隨著電子束、激光等技術(shù)的不斷發(fā)展，脈沖功率技術(shù)在高 新技術(shù)、民用等領(lǐng)域得到了廣泛的醫(yī)用。能量存儲系統(tǒng)是脈沖功率裝置中的主要組成部分， 電容器儲能能量釋放速度快、組合靈活、技術(shù)成熟、價格低廉，成為目前應(yīng)用最為廣泛的儲 能器件。2009年9月，很多科研機構(gòu)已經(jīng)將脈沖功率應(yīng)用電容器項目列為其重點研究計劃。
[0003] 用作脈沖電容器的介質(zhì)材料主要有線性陶瓷、鐵電陶瓷和反鐵電陶瓷=類。其中， 反鐵電材料的重要特征是具有雙電滯回線，在外電場較低時反鐵電陶瓷與線性陶瓷一樣， 電位移值）與電場巧）呈線性關(guān)系，當(dāng)電場升高到一定值后，反鐵電晶胞內(nèi)部與電場方向 相反的部分偶極子在電場作用下開始發(fā)生反轉(zhuǎn)，同時陶瓷變?yōu)殍F電相，材料的電位移和介 電常數(shù)（e,)突然增大而達到飽和極化強度，此時陶瓷處于充電狀態(tài)，所存儲的能量密度 (WJ為正向電滯回線對極化強度的積分。撤去電場后，介穩(wěn)的鐵電相回到反鐵電相，偶極 子反轉(zhuǎn)回初始狀態(tài)，發(fā)生鐵電-反鐵電相變（FE-AFE)，剩余極化強度退為零，所釋放的能量 密度（WJ為反向電滯回線對極化強度的積分。能量利用效率（n)用兩者的比值表示，存 儲的能量密度、可用的能量密度W及儲能效率可W分別按如下公式計算：
【主權(quán)項】
1. 一種反鐵電陶瓷，其特征在于，所述反鐵電陶瓷的組成化學(xué)式為（Pbn5xLax) (ZrySnQ.g-yTiQ.JCV其中，0? 02 彡X彡 0? 04,0. 1 彡y彡 0? 5。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反鐵電陶瓷，其特征在于，所述反鐵電陶瓷的電滯<lkV/mm， 所述反鐵電陶瓷室溫下在強度大于7kV/mm的電場下，發(fā)生可逆的AFE-FE相變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反鐵電陶瓷，其特征在于，所述反鐵電陶瓷在室溫時、飽 和電場下，儲能效率大于85%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的反鐵電陶瓷，其特征在于，所述反鐵電陶瓷在室溫 時、飽和電場下，可用儲能密度在0.95J/cm3以上。
5. -種權(quán)利要求1-4中任一所述反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，包括： 1) 按所述反鐵電陶瓷的組成化學(xué)式，稱取Pb304、Zr02、Ti02、Sn02、La2O3，均勻混合后， 作為原料粉體； 2) 將步驟1)所述原料粉體壓塊后，先在820-880°C下燒結(jié)，然后研磨，得到陶瓷粉體； 3) 將步驟2)制備的陶瓷粉體和粘結(jié)劑混合后，用于制備陶瓷坯體； 4) 將步驟3)制備的陶瓷坯體排塑后，在1260-1360°C下燒結(jié)，得到所述反鐵電陶瓷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述燒結(jié)包括，以低于 2°C/分鐘的升溫速度升至820~880°C，保溫1~3小時。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，按照陶瓷粉體：球： 水=I: (1. 6~2. 0) : (0. 5~0. 7)的質(zhì)量比細磨，細磨時間為20~28小時。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述粘結(jié)劑包括 PVA，粘結(jié)劑的加入量為陶瓷粉體重量的6~8 %，所述陶瓷粉體與粘結(jié)劑均勻混合后，經(jīng)陳 化22~26小時、過篩，再用于制備陶瓷坯體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，排塑包括在 750~800°C下保溫1~3小時； 燒結(jié)條件為以低于2°C/分鐘的升溫速度升至1260~1360°C，保溫1~2小時； 陶瓷坯體上覆蓋有陶瓷粉體，在密閉條件下進行燒結(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高儲能效率鑭摻雜鋯鈦錫酸鉛反鐵電陶瓷及其制備方法，所述反鐵電陶瓷的組成化學(xué)式為(Pb1-1.5xLax)(ZrySn0.9-yTi0.1)O3，其中，0.02≤x≤0.04，0.1≤y≤0.5。本發(fā)明通過傳統(tǒng)的電子陶瓷的制備工藝制備反鐵電陶瓷材料，其具有電滯小，儲能效率高的儲能特性，對于開發(fā)循環(huán)充放電壽命長的高儲能密度、高儲能效率的高壓脈沖功率電容器具有非常重要的意義。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-493
【公開號】CN104725041
【申請?zhí)枴緾N201510109369
【發(fā)明人】王根水, 劉振, 陳學(xué)鋒, 董顯林, 曹菲
【申請人】中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月12日