無鉛反鐵電高儲能密度陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于儲能陶瓷電容器制造領(lǐng)域，具體涉及到Bix(Bia5Na a4Kai)PxTihMexO3 無鉛反鐵電高儲能密度陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高儲能密度電容器的發(fā)展已有50多年的歷史，由于其具有的瞬時脈沖能力而成 為軍事領(lǐng)域的終極武器。如導(dǎo)彈防御系統(tǒng)、軍艦防護系統(tǒng)，都需要用到定向高能激光，然而， 驅(qū)動如此大功率的激光，需要大功率的脈沖電力系統(tǒng)。使用儲能膜密度低的驅(qū)動介質(zhì)，將會 帶來較大的體積和噸位，而這不利于軍用系統(tǒng)的隱形，使得其很容易成為攻擊目標。為適應(yīng) 未來作戰(zhàn)系統(tǒng)輕量化、微型化、高度集成化電子設(shè)備的需要，意味著必須開發(fā)儲能密度更高 的儲能電容器來滿足軍事領(lǐng)域的需求。
[0003] 根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)理論的定義，材料的儲能密度是指單位體積所容納的電能，普通 使用的單位為J/cm 3。在電場強度為E的電場下，電位移D的微小變化量dD引起的能量變 化量為EdD。儲能密度可以用式（1)表示：
式中J為儲能密度，Dmax為飽和場強下電位移。對于鐵電、反鐵電電介質(zhì)而言，其儲能 密度取決于擊穿場強的大小、剩余極化強度和飽和極化強度之間的差值以及電滯回線的閉 合面積。因此，要使得材料電滯回線的上方段飽和極化強度P s盡量大、電場強度E盡量高、 剩余極化值盡量小，從而提高儲能值。
[0004] 而對于電滯回線表現(xiàn)為近似一根直線的電介質(zhì)，此時儲能密度為：
公式（2)意味著對電滯回線近似線性的儲能材料，其介電常數(shù)、耐電壓E越大，儲能密 度也就越高。因此，這類高儲能密度材料應(yīng)具有高的介電常數(shù)、高耐壓、損耗低的特點。
[0005] Bici 5Natl 5TiO3是一類經(jīng)典的無鉛介電、鐵電、壓電材料，具有較高的P r值和低的損 耗，是傳統(tǒng)的鐵電體。然而，由于其具有高的直和承受相對低的電場強度，使得其儲能密 度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種Bix(Bia5Naa JaUihMexO3無鉛反鐵電高儲能密度 陶瓷及其制備方法，式中，Me 為 Al3+、Co3+、Cr3+、（ZnQ. 5TiQ.5)3+、（MgQ. 5TiQ.5)3+、（Nia5Ti a5)3+中 的一種，且0. 1彡X彡0. 3。方法采用兩步燒結(jié)技術(shù)制備Bix (Bia5Naa4Ka UihMexO3無鉛 反鐵電高儲能密度陶瓷。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括如下步驟： (1)采用傳統(tǒng)粉體合成技術(shù)合成Bix (Bia 5NaQ.4KQ. i) PxTihMexO3粉體：選擇高純度 (蘭 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、MeOy (金屬氧化物）、TiO2粉末為原料，按照 Bi 203: Na2C03:K2C03:Me0y(金屬氧化物）：Ti0 2= (0.25+0. 25x) :(0.2-0. 2x) :(0.05-0. 05x) :x: (1-x)的摩爾比例混合，然后在高能球磨機中充分混合，取出烘干； ⑵研磨，在900~950°C下保溫2~4小時合成Bix(Bia5Naa4K ai) HTihMexO3粉體； (3)將（2)中所得粉體加入PVA，壓制成圓片坯體，然后把圓片坯體升溫至1050~ 1100 °C，不保溫，直接降至950~1000 °C并保溫12~48小時，自然冷卻即可得到 Bix (Bi。. 5Na。. 4K。. J ^xTi1-JVIexO3無鉛反鐵電高儲能密度陶瓷。
[0008] 經(jīng)測試Bix (Bia Aaa4HxTihMexO3無鉛反鐵電高儲能密度陶瓷，儲能密度可達 0· 7 ~I. 8J/cm3〇
[0009] 有益效果 制備方法簡單，所得的陶瓷的儲能密度高。
【具體實施方式】
[0010] 以下基于八個具體實施例來說明本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，這些實施 例僅用于說明本發(fā)明的目的，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0011] 實施例1 : 1) 采用傳統(tǒng)粉體合成技術(shù)合成Bix (Bia 5Naa 4Ka i) ^TihMexO3粉體：選擇高純度 (蘭 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、MeOy (金屬氧化物）、TiO2粉末為原料，按照 Bi 203: Na2C03:K2C03:Me0y(金屬氧化物）：Ti0 2= (0.25+0. 25x) :(0.2-0. 2x) :(0.05-0. 05x) :x: (1-x)的摩爾比例混合，然后在高能球磨機中充分混合，取出烘干； 2) 研磨，在900~950°C下保溫2~4小時合成Bix(Bia5Naa4K ai) HTihMexO3粉體； 3) 將（2)中所得粉體加入PVA，壓制成圓片坯體，然后把圓片坯體升溫至1050°C，不保 溫，直接降至950°C并保溫12小時，自然冷卻即可得到Bi x(Bia5Naa4Ka D^TihMexO3無鉛反 鐵電高儲能密度陶瓷。
[0012] 性能測試結(jié)果：儲能密度約0. 71 J/cm3。
[0013] 實施例2: 1) 采用傳統(tǒng)粉體合成技術(shù)合成Bix (Bia 5Naa 4Ka i) ^TihMexO3粉體：選擇高純度 (蘭 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、MeOy (金屬氧化物）、TiO2粉末為原料，按照 Bi 203: Na2C03:K2C03:Me0y(金屬氧化物）：Ti0 2= (0.25+0. 25x) :(0.2-0. 2x) :(0.05-0. 05x) :x: (1-x)的摩爾比例混合，然后在高能球磨機中充分混合，取出烘干. 2) 研磨，在900~950°C下保溫2~4小時合成Bix(Bia5Naa4K ai) HTihMexO3粉體。
[0014] 3)將（2)中所得粉體加入PVA，壓制成圓片坯體，然后把圓片坯體升溫至1050°C， 不保溫，直接降至950 °C并保溫48小時，自然冷卻即可得到Bix (Bia 5NaQ. 4KQ. D ^Ti JexO3無 鉛反鐵電高儲能密度陶瓷。
[0015] 性能測試結(jié)果：儲能密度約I. 28J/cm3。
[0016] 實施例3: (1)采用傳統(tǒng)粉體合成技術(shù)合成Bia 63Naa 296Ka Cl74Tia 87Ζηα 1303粉體：選擇高純度 (蘭 99. 8% )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、ZnO、TiO2粉末為原料，按照 Bi 203:Na 2C03:K 2C03:Zn0 : TiO2= 0. 315 :0. 148 :0. 037 :0. 13 :0. 87的摩爾比例混合，然后在高能球磨機中充分混合， 取出烘干， ⑵研磨，在900°C下保溫2小時合成Bia63Naa 296Katl74Tia87Znai3O3粉體。
[0017] (3)將（2)中所得粉體加入PVA，壓制成圓片坯體，然后把圓片坯體升溫至1050°C， 不保溫，直接降至950°C并保溫48小時，自然冷卻即可得到Bi a63Naa 296KaCl74Tia87Zna 1303無 鉛反鐵電高儲能密度陶瓷。
[0018] 性能測試結(jié)果：儲能密度約I. 8J/cm3。
[0019] 實施例4 : (1)采用傳統(tǒng)粉體合成技術(shù)合成Bia 63Naa 296Ka Cl74Tia 87Nia 1303粉體：選擇高純度 (蘭 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、NiO、TiO2粉末為原料，按照 Bi 203:Na 2C03:K 2C03:Ni0