【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及功能陶瓷，特別是涉及一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、電介質(zhì)電容器由于超高的功率密度、超快的充放電速率而在脈沖功率技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用，例如混合動(dòng)力汽車、脈沖功率武器等。陶瓷基電容器具有溫度穩(wěn)定性好和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但能量密度相對(duì)較低，無(wú)法滿足脈沖功率設(shè)備小型化的需求。
2、反鐵電陶瓷在外加電場(chǎng)作用時(shí)具有反鐵電相-鐵電相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致極化強(qiáng)度迅速增大，而撤除外加電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)誘導(dǎo)的鐵電相又迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F電相，導(dǎo)致剩余極化強(qiáng)度幾乎為零。因此，反鐵電陶瓷電容器通常具有較高的能量密度。然而，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，陶瓷電容器通常會(huì)被電場(chǎng)擊穿，導(dǎo)致器件損毀。因此，只有當(dāng)反鐵電陶瓷電容器的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高于反鐵電相-鐵電相相變電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，才能獲得較高的能量密度。鋯酸鉛(pbzro3)作為一種典型的反鐵電陶瓷材料，目前已在電介質(zhì)電容器中得到應(yīng)用。一般而言，通過(guò)摻雜不同離子半徑的離子，能夠有效調(diào)控鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的相變電場(chǎng)，但其擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度也隨之變化，從而影響能量密度的提高，不利于廣泛產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于此，有必要針對(duì)如何在低于擊穿電場(chǎng)的前提下提升鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的能量密度的問(wèn)題，提供一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷及其制備方法和應(yīng)用。
2、一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(pb0.98-3x/2laxsr0.02)(zr1-ysny)o3，其中，0<x<0.03，0<y≤0.4，x和y
3、與不摻雜la3+的(pb,sr)(zr,sn)o3反鐵電陶瓷相比，本專利技術(shù)技術(shù)方案的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷中摻雜了la3+，能夠在低于擊穿電場(chǎng)的前提下，實(shí)現(xiàn)基于該材料的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的能量密度的顯著提升。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，本專利技術(shù)技術(shù)方案的基于該材料的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的可回收能量密度可達(dá)13.9焦耳/立方厘米，有利于廣泛產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
4、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(pb0.98-3x/2laxsr0.02)(zr0.85sn0.15)o3，其中，0<x≤0.02，x為摩爾比。
5、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(pb0.98-3x/2laxsr0.02)(zr0.85sn0.15)o3，其中，x為0.01或者0.2。
6、一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，包括如下步驟：
7、基于化學(xué)式(pb0.98-3x/2laxsr0.02)(zr1-ysny)o3的化學(xué)計(jì)量比，其中，0<x<0.03，0<y≤0.4，x和y為摩爾比；將鉛的氧化物粉體、la2o3粉體、srco3粉體、zro2粉體和sno2粉體混合均勻，之后進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，充分反應(yīng)后得到預(yù)燒結(jié)產(chǎn)物；以及
8、將所述預(yù)燒結(jié)產(chǎn)物與粘結(jié)劑混勻后壓制成型，之后進(jìn)行燒結(jié)處理，充分反應(yīng)后得到鋯酸鉛基反鐵電陶瓷。
9、本專利技術(shù)的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法工藝簡(jiǎn)便、效率高、成本低、重復(fù)性好，通過(guò)在(pb,sr)(zr,sn)o3反鐵電陶瓷中引入la3+，并通過(guò)組分調(diào)控和制備工藝優(yōu)化，有效調(diào)控了鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度和相變電場(chǎng)強(qiáng)度，能夠在低于擊穿電場(chǎng)的前提下，實(shí)現(xiàn)能量密度的顯著提高，推動(dòng)了鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
10、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述鉛的氧化物粉體選自pbo粉體與pb3o4粉體中的至少一種；所述鉛的氧化物粉體過(guò)量2mol％～5mol％。
11、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，將鉛的氧化物粉體、la2o3粉體、srco3粉體、zro2粉體和sno2粉體混合均勻，之后進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理的操作為：將鉛的氧化物粉體、la2o3粉體、srco3粉體、zro2粉體和sno2粉體混合后球磨20小時(shí)～30小時(shí)，烘干后在800攝氏度～900攝氏度條件下燒結(jié)2小時(shí)～3小時(shí)，其中升溫速率和降溫速率均為5攝氏度/分鐘～10攝氏度/分鐘。
12、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，將所述預(yù)燒結(jié)產(chǎn)物與粘結(jié)劑混勻后壓制成型，之后進(jìn)行燒結(jié)處理的操作為：將所述預(yù)燒結(jié)產(chǎn)物球磨20小時(shí)～30小時(shí)，烘干后與粘結(jié)劑混勻，之后壓制成型，之后在1200攝氏度～1300攝氏度條件下燒結(jié)2小時(shí)～3小時(shí)，其中升溫速率和降溫速率均為5攝氏度/分鐘～10攝氏度/分鐘。
13、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇水溶液，所述聚乙烯醇水溶液的濃度為5wt％～10wt％。
14、一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器，包括上述任一的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷。
15、本專利技術(shù)技術(shù)方案的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器包括上述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，能夠通過(guò)引入la3+實(shí)現(xiàn)該鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的能量密度的顯著提升。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，本專利技術(shù)技術(shù)方案的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的可回收能量密度可達(dá)13.9焦耳/立方厘米，有利于廣泛產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
16、一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的制備方法，包括如下步驟：
17、將采用上述任一的制備方法制備得到的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷減薄至0.10毫米～0.15毫米，之后在減薄后的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷上形成直徑為1毫米～2毫米的電極并烘干，得到鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器。
18、本專利技術(shù)的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的制備方法工藝簡(jiǎn)便、效率高、成本低、重復(fù)性好，通過(guò)在(pb,sr)(zr,sn)o3反鐵電陶瓷中引入la3+，并通過(guò)組分調(diào)控和制備工藝優(yōu)化，有效調(diào)控了鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度和相變電場(chǎng)強(qiáng)度，能夠在低于擊穿電場(chǎng)的前提下，實(shí)現(xiàn)能量密度的顯著提高，推動(dòng)了鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
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1.一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，其特征在于，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(Pb0.98-3x/2LaxSr0.02)(Zr1-ySny)O3，其中，0<x<0.03，0<y≤0.4，x和y為摩爾比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，其特征在于，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(Pb0.98-3x/2LaxSr0.02)(Zr0.85Sn0.15)O3，其中，0<x≤0.02，x為摩爾比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，其特征在于，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(Pb0.98-3x/2LaxSr0.02)(Zr0.85Sn0.15)O3，其中，x為0.01或者0.2。
4.一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述鉛的氧化物粉體選自PbO粉體與Pb3O4粉體中的至少一種；所述鉛的氧化物粉體過(guò)量2mol％～5mol％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，將所述預(yù)燒結(jié)產(chǎn)物與粘結(jié)劑混勻后壓制成型，之后進(jìn)行燒結(jié)處理的操作為：將所述預(yù)燒結(jié)產(chǎn)物球磨20小時(shí)～30小時(shí)，烘干后與粘結(jié)劑混勻，之后壓制成型，之后在1200攝氏度～1300攝氏度條件下燒結(jié)2小時(shí)～3小時(shí)，其中升溫速率和降溫速率均為5攝氏度/分鐘～10攝氏度/分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或者7所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇水溶液，所述聚乙烯醇水溶液的濃度為5wt％～10wt％。
9.一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器，其特征在于，包括權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷。
10.一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷電容器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，其特征在于，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(pb0.98-3x/2laxsr0.02)(zr1-ysny)o3，其中，0<x<0.03，0<y≤0.4，x和y為摩爾比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，其特征在于，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(pb0.98-3x/2laxsr0.02)(zr0.85sn0.15)o3，其中，0<x≤0.02，x為摩爾比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷，其特征在于，所述鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的化學(xué)式為(pb0.98-3x/2laxsr0.02)(zr0.85sn0.15)o3，其中，x為0.01或者0.2。
4.一種鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述鉛的氧化物粉體選自pbo粉體與pb3o4粉體中的至少一種；所述鉛的氧化物粉體過(guò)量2mol％～5mol％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋯酸鉛基反鐵電陶瓷的制備方法，其特征在于，將鉛的氧化物粉體、la2...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顧美晶，張?bào)K，曹文武，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇省聲學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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