无铅反铁电高储能密度陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于储能陶瓷电容器制造领域，具体涉及到Bix(Bia5Na a4Kai)PxTihMexO3 无铅反铁电高储能密度陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 高储能密度电容器的发展已有50多年的历史，由于其具有的瞬时脉冲能力而成 为军事领域的终极武器。如导弹防御系统、军舰防护系统，都需要用到定向高能激光，然而， 驱动如此大功率的激光，需要大功率的脉冲电力系统。使用储能膜密度低的驱动介质，将会 带来较大的体积和吨位，而这不利于军用系统的隐形，使得其很容易成为攻击目标。为适应 未来作战系统轻量化、微型化、高度集成化电子设备的需要，意味着必须开发储能密度更高 的储能电容器来满足军事领域的需求。
[0003] 根据经典电磁学理论的定义，材料的储能密度是指单位体积所容纳的电能，普通 使用的单位为J/cm 3。在电场强度为E的电场下，电位移D的微小变化量dD引起的能量变 化量为EdD。储能密度可以用式（1)表示：
式中J为储能密度，Dmax为饱和场强下电位移。对于铁电、反铁电电介质而言，其储能 密度取决于击穿场强的大小、剩余极化强度和饱和极化强度之间的差值以及电滞回线的闭 合面积。因此，要使得材料电滞回线的上方段饱和极化强度P s尽量大、电场强度E尽量高、 剩余极化值尽量小，从而提高储能值。
[0004] 而对于电滞回线表现为近似一根直线的电介质，此时储能密度为：
公式（2)意味着对电滞回线近似线性的储能材料，其介电常数、耐电压E越大，储能密 度也就越高。因此，这类高储能密度材料应具有高的介电常数、高耐压、损耗低的特点。
[0005] Bici 5Natl 5TiO3是一类经典的无铅介电、铁电、压电材料，具有较高的P r值和低的损 耗，是传统的铁电体。然而，由于其具有高的直和承受相对低的电场强度，使得其储能密 度较低。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种Bix(Bia5Naa JaUihMexO3无铅反铁电高储能密度 陶瓷及其制备方法，式中，Me 为 Al3+、Co3+、Cr3+、（ZnQ. 5TiQ.5)3+、（MgQ. 5TiQ.5)3+、（Nia5Ti a5)3+中 的一种，且0. 1彡X彡0. 3。方法采用两步烧结技术制备Bix (Bia5Naa4Ka UihMexO3无铅 反铁电高储能密度陶瓷。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤： (1)采用传统粉体合成技术合成Bix (Bia 5NaQ.4KQ. i) PxTihMexO3粉体：选择高纯度 (兰 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、MeOy (金属氧化物）、TiO2粉末为原料，按照 Bi 203: Na2C03:K2C03:Me0y(金属氧化物）：Ti0 2= (0.25+0. 25x) :(0.2-0. 2x) :(0.05-0. 05x) :x: (1-x)的摩尔比例混合，然后在高能球磨机中充分混合，取出烘干； ⑵研磨，在900~950°C下保温2~4小时合成Bix(Bia5Naa4K ai) HTihMexO3粉体； (3)将（2)中所得粉体加入PVA，压制成圆片坯体，然后把圆片坯体升温至1050~ 1100 °C，不保温，直接降至950~1000 °C并保温12~48小时，自然冷却即可得到 Bix (Bi。. 5Na。. 4K。. J ^xTi1-JVIexO3无铅反铁电高储能密度陶瓷。
[0008] 经测试Bix (Bia Aaa4HxTihMexO3无铅反铁电高储能密度陶瓷，储能密度可达 0· 7 ~I. 8J/cm3〇
[0009] 有益效果 制备方法简单，所得的陶瓷的储能密度高。
【具体实施方式】
[0010] 以下基于八个具体实施例来说明本发明。本领域的技术人员能够理解，这些实施 例仅用于说明本发明的目的，而不是限制本发明的范围。
[0011] 实施例1 : 1) 采用传统粉体合成技术合成Bix (Bia 5Naa 4Ka i) ^TihMexO3粉体：选择高纯度 (兰 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、MeOy (金属氧化物）、TiO2粉末为原料，按照 Bi 203: Na2C03:K2C03:Me0y(金属氧化物）：Ti0 2= (0.25+0. 25x) :(0.2-0. 2x) :(0.05-0. 05x) :x: (1-x)的摩尔比例混合，然后在高能球磨机中充分混合，取出烘干； 2) 研磨，在900~950°C下保温2~4小时合成Bix(Bia5Naa4K ai) HTihMexO3粉体； 3) 将（2)中所得粉体加入PVA，压制成圆片坯体，然后把圆片坯体升温至1050°C，不保 温，直接降至950°C并保温12小时，自然冷却即可得到Bi x(Bia5Naa4Ka D^TihMexO3无铅反 铁电高储能密度陶瓷。
[0012] 性能测试结果：储能密度约0. 71 J/cm3。
[0013] 实施例2: 1) 采用传统粉体合成技术合成Bix (Bia 5Naa 4Ka i) ^TihMexO3粉体：选择高纯度 (兰 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、MeOy (金属氧化物）、TiO2粉末为原料，按照 Bi 203: Na2C03:K2C03:Me0y(金属氧化物）：Ti0 2= (0.25+0. 25x) :(0.2-0. 2x) :(0.05-0. 05x) :x: (1-x)的摩尔比例混合，然后在高能球磨机中充分混合，取出烘干. 2) 研磨，在900~950°C下保温2~4小时合成Bix(Bia5Naa4K ai) HTihMexO3粉体。
[0014] 3)将（2)中所得粉体加入PVA，压制成圆片坯体，然后把圆片坯体升温至1050°C， 不保温，直接降至950 °C并保温48小时，自然冷却即可得到Bix (Bia 5NaQ. 4KQ. D ^Ti JexO3无 铅反铁电高储能密度陶瓷。
[0015] 性能测试结果：储能密度约I. 28J/cm3。
[0016] 实施例3: (1)采用传统粉体合成技术合成Bia 63Naa 296Ka Cl74Tia 87Ζηα 1303粉体：选择高纯度 (兰 99. 8% )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、ZnO、TiO2粉末为原料，按照 Bi 203:Na 2C03:K 2C03:Zn0 : TiO2= 0. 315 :0. 148 :0. 037 :0. 13 :0. 87的摩尔比例混合，然后在高能球磨机中充分混合， 取出烘干， ⑵研磨，在900°C下保温2小时合成Bia63Naa 296Katl74Tia87Znai3O3粉体。
[0017] (3)将（2)中所得粉体加入PVA，压制成圆片坯体，然后把圆片坯体升温至1050°C， 不保温，直接降至950°C并保温48小时，自然冷却即可得到Bi a63Naa 296KaCl74Tia87Zna 1303无 铅反铁电高储能密度陶瓷。
[0018] 性能测试结果：储能密度约I. 8J/cm3。
[0019] 实施例4 : (1)采用传统粉体合成技术合成Bia 63Naa 296Ka Cl74Tia 87Nia 1303粉体：选择高纯度 (兰 99. 8 % )的 Bi203、Na2C03、K2C0 3、NiO、TiO2粉末为原料，按照 Bi 203:Na 2C03:K 2C03:Ni0