[发明专利]一种反铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种反铁电陶瓷材料及其制备方法，该反铁电陶瓷材料的化学通式为(Pb_0.91Ba_xLa_0.06‑2x/3)(Zr_ySn_1‑y)O₃，其中0＜x＜0.09，0＜y＜1。与现有技术相比，本发明通过传统的电子陶瓷制备工艺制备反铁电陶瓷材料，其具有储能密度高、电滞小、储能效率高与充放电性能优异的特性，对于开发循环充放电寿命长的高储能密度、高储能效率的脉冲功率电容器具有非常重要的意义。

技术领域

本发明属于功能陶瓷领域，尤其是涉及一种同时具有高储能密度、高储能效率与优异充放电性能的反铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，脉冲功率技术在工业、建筑、生物医药及尖端技术等各个领域得到了广泛的应用。在脉冲功率装置中，能量存储系统是主要的组成部分，储能电容器是目前应用最为广泛的储能器件，高能量存储密度、小型化、轻量化的电容器已成为业界长期发展的方向。因此对于高储能密度、高储能效率的新型储能材料的需求非常迫切，成为新材料和新技术研究的热点之一。

用作脉冲电容器的介质材料主要有线性陶瓷、铁电陶瓷和反铁电陶瓷三类。在高储能应用方面，反铁电材料要明显优于铁电材料，因为反铁电体没有任何剩余极化，其可以释放更多的储存电荷；同样反铁电材料由于其高的介电常数和大的极化强度，其储能特性优于线性电介质材料。目前围绕提高反铁电陶瓷储能行为的研究有很多，在提高反铁电陶瓷的储能密度方面，如专利号为CN201810214293.1的中国发明专利《一种高储能密度反铁电陶瓷材料及其制备方法》（授权公告号为CN108358630A），该发明中制备的反铁电陶瓷在23.5kV/mm的工作电场下，可释放的储能密度为2.68 J/cm³，但能量损耗较大，储能效率为78%；在提高反铁电陶瓷储能效率方面的研究，如专利号为CN201510109369.0的中国发明专利《一种高储能效率镧掺杂锆钛锡酸铅反铁电陶瓷及其制备方法》（授权公告号为CN104725041A），该发明中制备的反铁电陶瓷的储能效率达到90.4%，但有效储能密度仅为1.28 J/cm³。依据目前的文献报道来看，获得同时具有高储能密度和高储能效率的反铁电陶瓷依然是亟待解决的关键问题之一，对于开发循环充放电寿命长的高储能密度、高储能效率的脉冲功率电容器具有非常重要的意义。

发明内容

在本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高储能密度、高储能效率与优异充放电性能的反铁电陶瓷材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种反铁电陶瓷材料，该反铁电陶瓷材料的化学通式为（Pb_0.91Ba_xLa_0.06-2x/3）（Zr_ySn_1-y）O₃，其中0＜x＜0.09，0＜y＜1， x优选为0.015，0.03，0.045或0.06，y优选为0.6。

一种反铁电陶瓷材料的制备方法，包括：

（1）选取纯度大于99%的Pb₃O₄、BaCO₃、La₂O₃、ZrO₂、SnO₂作为反铁电陶瓷的原料；

（2）按化学组成进行称料，加入球磨介质进行球磨，出料，烘干；

（3）将烘干的粉料在马弗炉中煅烧800~900℃保温2~3h；

（4）将煅烧后的粉料进行二次球磨，出料，烘干，再加入PVA进行造粒，并在6~8MPa的压力下压制成陶瓷圆片；

（5）将得到的陶瓷坯体在马弗炉中进行排胶，在500~600℃保温5~10h；