一種高儲能密度鋯鈦錫酸鉛反鐵電陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于功能陶瓷領域，涉及一種反鐵電陶瓷材料，尤其涉及一種高儲能密度 的反鐵電陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]自上世紀70年代以來，隨著電子束、激光等技術的不斷發展，脈沖功率技術在高 新技術、民用等領域得到了廣泛的醫用。能量存儲系統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、技術成熟、價格低廉，成為目前應用最為廣泛的儲 能器件。作為脈沖功率器件中最為重要的儲能元件，提高電容器的儲能密度對器件小型化 和高功率化具有重要意義，研制高儲能密度的脈沖電容器已經成為當前脈沖功率技術領域 研究的重點和迫切任務。2009年9月，很多科研機構已經將脈沖功率應用電容器項目列為 其重點研究計劃。
[0003] 電介質材料的可用儲能密度WM(J/cm3)可由以下公式計算（放電時）：
【主權項】
1. 一種反鐵電陶瓷材料，其特征在于，所述反鐵電陶瓷材料的組成為：(PbK5xLax) (21^111_口1'込)03，其中，0.01彡叉彡0.03,0.4彡7彡0.7,0.06彡2彡0.09。
2. 根據權利要求1所述的反鐵電陶瓷材料，其特征在于，所述反鐵電陶瓷材料在室溫 時、飽和電場下，儲能密度為1. 3~2J/cm3。
3. 根據權利要求1或2所述的反鐵電陶瓷材料，其特征在于，所述反鐵電陶瓷材料在 20~KKTC的溫度范圍內、飽和電場下，或者，在0.OlHz~IOOHz的頻率范圍內、飽和電場 下，儲能密度變化幅度在15%以內。
4. 根據權利要求1-3中任一所述的反鐵電陶瓷材料，其特征在于，所述的反鐵電陶瓷 材料室溫下在強度大于7kV/mm的電場下，發生可逆的AFE-FE相變。
5. -種權利要求1-4中任一所述反鐵電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括： 1) 按所述反鐵電陶瓷材料的組成化學式，稱取Pb3O4粉體、ZrO2粉體、TiO2粉體、SnO2 粉體、La2O3粉體，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下反應合成，然后球磨，得到陶瓷粉 體； 3) 將步驟2)制備的陶瓷粉體和粘結劑混合后，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，得到所述反鐵電陶瓷。
6. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述反應包括，以低于 2°C/分鐘的升溫速度升至820~880°C，保溫1~3小時。
7. 根據權利要求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)的質量比細磨，細磨時間為20~28小時。
8. 根據權利要求5-7中任一所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述粘結劑包括 PVA，粘結劑的加入量為陶瓷粉體重量的6~8 %，所述陶瓷粉體與粘結劑均勻混合后，經陳 化22~26小時、過篩，再用于制備陶瓷坯體。
9. 根據權利要求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。
【專利摘要】本發明涉及一種高儲能密度鋯鈦錫酸鉛反鐵電陶瓷及其制備方法，所述反鐵電陶瓷材料的組成為：(Pb1-1.5xLax)(ZrySn1-y-zTiz)O3，其中，0.01≤x≤0.03，0.4≤y≤0.7，0.06≤z≤0.09。本發明通過組分調整和改進工藝，所獲得的PLZST陶瓷材料具有大的AFE-FE相變電場（E>7kV/mm）和高的儲能密度（1.3～2J/cm3），且該陶瓷在一定的溫度范圍（20～100℃）和一定的頻率范圍內（0.01～100HZ）其反鐵電相能夠穩定存在，儲能密度的變化幅度在15%以內，這對于開發高儲能密度、特別是在變溫環境下要求有穩定儲能特性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】CN104692799
【申請號】CN201510107725
【發明人】王根水, 劉振, 陳學鋒, 董顯林, 曹菲
【申請人】中國科學院上海硅酸鹽研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月12日