一种同时具备高电致应变、高储能密度与高稳定介电性能等多功能无铅陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及压电、介电及储能陶瓷材料，具体是一种高电致应变、高稳定介电与高 储能密度多功能无铅陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 电致应变材料是一种将电能与机械能相互转换的功能材料。近年来，随着对精密 微移器、致动器等需求的日益剧增，铅基电致应变陶瓷W其优异的性能在压电材料领域占 据着主导地位的。
[0003] 另一方便，高储能密度电容器在脉冲功率电源、混合动力汽车、新能源发电等领域 应用非常广泛。随着人类对能源需求日益增长，电子信息控制技术朝微型化、高集成化方向 发展，可再生动力能源设备的广泛应用，对高储能密度电介质材料提出了更高的要求。电介 质电容器具有轻便、高效、环境友好、比功率高等特性，在电力电子系统中已经得到了广泛 的应用。因此，具有高储能密度的陶瓷介质材料成为研究的热点。
[0004] 宽温型的陶瓷电容器介电材料是重要的电子材料，几乎可W应用于所有的电子工 业中。随着如电子器件工作在一些比较恶劣、极端的环境下，例如外太空、深井钻探等，对 陶瓷电容器介电质材料的使用指标提出了更高的要求，要求250°C W上高温温度下仍可W 保持正常工作的状态。而目前研究的BaTi〇3基X9R电容器陶瓷介电材料很难满足该么高 的工作温度。
[0005] 迄今为止，对于同时具备高电致应变、高储能密度W及高温稳定介电等多功能无 铅电子陶瓷材料及其制备方法还未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明目的是要提供一种同时具备高电致应变、高储能密度W及能在35(TCW上 使用高温介电稳定型多功能陶瓷及其制备方法。该种陶瓷材料电致应变大，储能密度高，高 温介电稳定，介电常数大，温度系数低，稳定性好、成本低廉，环境友好、实用性好。
[0007] 实现本发明目的的技术方案是： 一种同时具备高电致应变、高储能密度W及高温稳定介电常数等多功能无铅电子陶瓷 材料，其配方为： (1-"-片任1〇 5化〇 5)1一〔3〇 65Mg〇.35),Ti〇3-"BaTi〇3-iKA〇 sLn〇 5)Tii_^y〇3+〇. 05(0. 5C e〇2_0. 4 Y2O3-O. lMn〇2) 其中A为一价金属元素，选自Li、化、K与Ag的一种或两种，Ln为H价金属元素，选自 Nd、La、Sm、化的一种或两种。^:、八"、读示摩尔分数，0. 001《0. 3 ;0. 001《尸^ 0. 4 ; 0. 02《0. 2 ;0. 08《0. 3. 本发明高电致应变、高储能密度W及高温稳定介电常数多功能无铅陶瓷材料的制备方 法，包括如下步骤： (1) 将原料按照化学式炬i。.eNa。Jb(Ca。.eeMg。.3e)；^i03与（A。.山n。.g)Til_片y03进行配料，W 无水己醇为介质球磨24小时。干燥后，炬i。.挪iaJb(Ca。. Jtea.3e)；ri〇3在巧巧中赔烧2小时， 温度850°0合成粉体；(\山11。.。)化_片,〇3在巧巧中赔烧4小时，温度800°0合成粉体； (2) 将炬1。.5化。.5)^佑3。.651肖。.35)；11〇3粉末、（4。.5山。.5)化_片^〇3、111〇2粉末、〔6〇2粉末、 Y203粉末、MnO 2粉末和纳米单晶颗粒BaTiO 3粉体按照化学式： (l-"-^0i〇.5Na〇.5)i-_r(CaQ.65Mg〇.35)_rTi〇3-"BaTi〇3-iKAQ.5LnQ.5)Tii_'Z;ry〇3+O.O5(O.5C e〇2_0. 4 Y2O3-O. lMn〇2) 进行配料，W无水己醇为介质高能球磨10小时，干燥后获得粉末； 将步骤（2)获得的粉末烘干，加入5% (重量百分比）浓度的PVA溶液造粒，在100M化压 力下压制成型圆片； (3) 将成型后的圆片在空气中烧结，20(TC A的速率升温至60(TC保温2小时，再W 50(TC A的速率快速升温到120(TC保温0. 05小时，随炉降温到115(TC保温16小时；烧结 后W 5(TC A的冷却速率至室温； (4) 烧结后的样品加工成两面光滑、厚度约0. 3mm的薄片，披银电极即成。
[000引与已有材料及技术相比，本发明的特色体现在： 1.本发明的陶瓷材料同时具有高电致应变、高储能密度W及高温稳定介电常数多功 能特性，陶瓷组成是一种环境友好型材料。
[000引 2.与原有技术相比，本发明采用纳米单晶颗粒BaTi03粉体，空气中分步烧结，可 W简化烧结工艺，降低生产成本。
[0010] 3.本发明可采用传统陶瓷制备技术，原料从工业用原料中获得，制备工艺简单、 稳定，不需添加特殊设备，即可在工厂中直接生产，具有实用性。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明电致应变曲线。
[0012] 图2为本发明电滞回线与电致应变曲线。
[001引图3为本发明电滞回线。
[0014] 图4为本发明的陶瓷介电常数随温度的变化关系。
【具体实施方式】 [001引 实施例1 : 制备成分为；（1-^^^) (Bi05Na05)i_,(Ca0e5Mg0.35)；Ti03-^aTi03 -F(Li05Sm05) Tii_^ry03+ 0. 05(0. 5Ce02_0. 4Y2O3-O. lMn02) 其中 z=0. 25, 7=0. 1，0=0. 18 ;户0. 15。
[001引制备方法： W 分析纯 Bi203、化2〔03、化C03、MgO、Ti02、Li2〔03、Sm203、Zr02、Ce02、Y2O3、Mn02、La203、Eu203 和炯203为原料，分别按照化学式炬1。.5化。.5)1_,府。.651坑.35)；1103与江1。.55111。.5)化_片^0进 行配料，W无水己醇为介质湿磨24小时，烘干。
[0017] 烘干后，炬1。.5化。.5)1_,府。.651肖。.35)；110在巧巧中850°"呆温2小时合成粉体； (Lic.5Smn.5)Tii_^v〇3在巧巧中800° C保温4小时合成粉体； 将合成的炬1。.5化。.5)^府。.651坑.35)；11〇3粉末、江1。.55111。.5)化_片^〇3粉末、〔6〇2粉末、 Y2化粉末、MnO 2粉末和纳米单晶颗粒BaTiO 3粉体按照化学式： (l-"-F) (Bi〇 5亂〇.5) i-,(Ca〇 esMgo.35) ,Ti〇3-"BaTi〇3 -K(Li〇 sSm。5) Tii_'Zry〇3+ 0. 05 (0. 5Ce〇2" 0. 4Y2O3-O. lMn〇2) 其中 z=0. 25, 7=0. 1，〇=0. 18 ;户0. 15。
[0018] 进行配料，W无水己醇为介质高能球磨10小时，烘干，加入5%(重量百分比）浓度 的PVA溶液造粒，在lOOMI^a压力下压制成型圆片； 将成型后的圆片在空气中烧结，20(TC A的速率升温至60(TC保温2小时，再W 50(TC / h的速率快速升温到120(TC保温0. 05小时，随炉降温到115(TC保温16小时；烧结后W 5(TC A的冷却速率至室温； 烧结后的样品加工成两面光滑、厚度约0. 3mm的薄片，披银电极，然后测试储能特性与 电性能。
[0019] 其中容温变化率（Temperature Coefficient of Capacitance, TCC ):，测量范 围 25-500° C 性能如表1所示。
[0020] 实施例2 : 成分表达式同实施例1 ; 成分为；（1-扩1'^)炬；[0.5船0.5)1-,(〔30.651\%0.35),了王03-述31'；[03-1'^江；[0.5炯0.5)了；[1__^1'^03+0.05 (0. 5Ce02_0. 4Y2O3-O. lMn02) 其中 z=0. 25, 7=0. 1，0=0. 12 ;户0. 12。
[0021] 制备方法同实施例1，性能如