[发明专利]一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法，所述铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学式为Bisubgt;1.5/subgt;Znsubgt;1‑x/subgt;Msubgt;x/subgt;Nbsubgt;1.5‑y/subgt;M’subgt;y/subgt;Osubgt;7/subgt;，其中，M为Mg、Cd或Ni，M’为Ta、W、Hf、Ti、Zr的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤1.5，并且x、y不同时为0。发明人发现，具有上述化学式的铋基焦绿石介电储能陶瓷结构稳定、具有优异介电稳定性以及高电介质储能性能，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电介质材料领域，具体涉及一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着电子电气设备的快速发展和广泛应用，陶瓷电介质电容器因其充放电速度快、功率密度高、热稳定性好、循环寿命长以及使用温度范围宽、安全性好等优异的储能特性而越来越受到人们的关注。出于对材料环保的要求，科学家们在不断寻找新型无铅陶瓷介质材料的过程中发现，所制备的陶瓷材料往往会因为烧结温度而出现不均匀的第二相，即焦绿石相聚集在晶界处，导致材料的介电常数降低、介电损耗增加以及击穿电场强度的降低，不利于材料的储能。实际上，在目前已经发现的焦绿石体系中，铋基焦绿石陶瓷材料由于其烧结温度低、介电常数适中、介电损耗小、介电常数温度系数可调且无铅等优异的性质，受到广泛关注。

因此，有必要对铋基焦绿石介电储能陶瓷进行改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识所作出的。

在2015年，随着具有单相结构的(Mg_0.2Zn_0.2Cu_0.2Co_0.2Ni_0.2)O材料的成功制备，高熵概念从合金拓展到了氧化物。此后的几年里，科学家们成功制备了各种各样具有不同晶体结构的高熵氧化物，如岩盐、萤石、烧绿石、钙钛矿、尖晶石等。高熵氧化物的优点可以概括为四个方面：(1)可以通过提高多种元素之间的溶解极限来稳定固溶体的形成；(2)可以延缓材料体系中第二相的生长以及晶粒尺寸的减小；(3)通过离子半径不匹配带来的晶格畸变来提高材料的机械强度；(4)各种成分元素混合所带来的不可预测的特性，称为鸡尾酒效应。

本发明利用高熵氧化物的特性，通过在铋基焦绿石材料中掺杂不同离子来获得结构稳定、优异介电稳定性以及高电介质储能性能的新型陶瓷材料，本发明为高储能性能陶瓷材料提供了一种新的选择。

本发明提供一种铋基焦绿石介电储能陶瓷，所述铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学式为Bi_1.5Zn_1-xM_xNb_1.5-yM’_yO₇，其中，M为Mg、Cd或Ni，M’为Ta、W、Hf、Ti、Zr的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤1.5，并且x、y不同时为0。发明人发现，具有上述化学式的铋基焦绿石介电储能陶瓷结构稳定、具有优异介电稳定性以及高电介质储能性能，具有广泛的应用前景。

本发明还提供一种制备前文所述的铋基焦绿石介电储能陶瓷的方法，所述方法包括：

(1)按照铋基焦绿石介电储能陶瓷的化学计量比，称取Bi₂O₃、ZnO、Nb₂O₅、M的氧化物、M’的氧化物，进行一次球磨，得到混料；

(2)将所述混料进行预烧，生成预合成陶瓷粉体；

(3)将所述预合成陶瓷粉体进行二次球磨；

(4)在经过所述二次球磨的预合成陶瓷粉体中加入粘结剂，进行造粒，过筛，经过冷压成型，得到陶瓷生坯；

(5)将所述陶瓷生坯进行排胶；