一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷及其制备方法

本发明涉及一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷及其制备方法，属于功能陶瓷材料。

背景技术：

1、电子科学技术的高速发展对功能材料的要求日益提高，电介质材料在电子信息领域占有重要的位置。铅基材料由于其优异的性能，在压电和储能领域均占据主导地位。但是由于铅材料具有毒性且易挥发，所以急需研发性能可与之媲美的无铅功能陶瓷材料。在已知的无铅功能陶瓷材料中，铌酸银基陶瓷是近年来备受瞩目的新型无铅介电材料，其在压电和反铁电领域都有一定的研究和应用前景，因此，研发性能优异的无铅反铁电储能陶瓷材料成为了一项紧迫且具有重大实用意义的课题。但纯agnbo3陶瓷的储能密度相对较低，目前一般是通过在a位或b位掺杂其他离子，来提高agnbo3基陶瓷的反铁电性，进而提高储能性能。然而，单纯仅通过掺杂其他离子时，常常为了获得较好的储能性能，需要稍大的掺杂量，造成了材料的浪费。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷及其制备方法，能够降低掺杂离子的掺杂量，减少材料浪费，同时能够显著提高反铁电陶瓷储能性能。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷，所述无铅反铁电陶瓷的化学式为agnbxta0.1o0.5+2.5x，其中x为摩尔百分比，x的取值满足电中性。

4、所述x的取值为：0.855≤x<0.90。

5、所述无铅反铁电陶瓷的储能密度为3.2j/cm3～6.1j/cm3，储能效率为58％～62％，储能效率为48％～52％；所述无铅反铁电陶瓷的击穿电场为227kv/cm～323kv/cm；在室温下，所述的无铅反铁电陶瓷的极化强度为39μc/cm2～54μc/cm2。

6、一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

7、根据化学式agnbxta0.1o0.5+2.5x中的计量比称取ag2o粉体、nb2o5粉体和ta2o5作为原料，将ag2o粉体、nb2o5粉体和ta2o5粉体进行球磨混合、烘干和压片，制得生胚；

8、将生胚置于氧气中进行预烧，制得粗胚；

9、将粗胚硏磨粉碎，再依次进行球磨、烘干、造粒和单轴压制成型，进行冷等静压制成型，制得素胚；

10、对素胚进行排胶，再置于氧气中烧结，制得陶瓷圆片；

11、将陶瓷圆片进行打磨，抛光制得陶瓷薄片，再将陶瓷薄片采用丝网刷银，然后再进行煅烧、冷却得到成品。

12、压片压力为45mpa～60mpa。

13、预烧过程为：在900℃～950℃的条件下预烧5～6h。

14、造粒过程选用质量分数为5％的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液加入量为ag2o粉体、nb2o5粉体和ta2o5粉体总质量的4％～6％，单轴压制成型压力为450mpa，冷等静压压力为250mpa。

15、排胶过程为：在600℃的条件下排胶2h；烧结过程为：在1080℃～1100℃的条件下烧结5～6h。

16、打磨抛光后的陶瓷薄片的厚度为0.10mm～0.20mm；煅烧过程为：在580℃～600℃的条件下煅烧20min～30min。

17、本发明的有益效果：本发明提供的一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷及其制备方法，通过在铌位掺杂10％ ta5+的基础上，减少nb5+的含量，一方面，可以进一步降低铌位总体的极化率，引起晶格更大的收缩量，同时造成大的几何失配，增强氧八面体倾斜导致的晶格畸变，多角度提升了体系的反铁电性。另一方面，在铌位掺杂10％ta5+的基础上，减少nb5+的含量还可以减小陶瓷样品的晶粒尺寸及提高样品的致密度，进而大幅提升了陶瓷样品的击穿场强。以上两方面，均有利于提升体系的储能性能，故本发明提供的缺铌铌酸银基无铅反铁电储能陶瓷兼具高储能密度、高击穿电场、高储能效率和高极化强度等优点。

技术特征：

1.一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷，其特征在于：所述无铅反铁电陶瓷的化学式为agnbxta0.1o0.5+2.5x，其中x为摩尔百分比，x的取值满足电中性。

2.根据权利要求1所述的缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷，其特征在于：所述x的取值为：0.855≤x<0.90。

3.根据权利要求2所述的缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷，其特征在于：所述无铅反铁电陶瓷的储能密度为3.2j/cm3～6.1j/cm3，储能效率为58％～62％，储能效率为48％～52％；所述无铅反铁电陶瓷的击穿电场为227kv/cm～323kv/cm；在室温下，所述的无铅反铁电陶瓷的极化强度为39μc/cm2～54μc/cm2。

4.一种权利要求1到3任一项所述缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于：压片压力为45mpa～60mpa。

6.根据权利要求4所述的缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于：预烧过程为：在900℃～950℃的条件下预烧5～6h。

7.根据权利要求4所述的缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于：造粒过程选用质量分数为5％的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液加入量为ag2o粉体、nb2o5粉体和ta2o5粉体总质量的4％～6％，单轴压制成型压力为450mpa，冷等静压压力为250mpa。

8.根据权利要求4所述的缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于：排胶过程为：在600℃的条件下排胶2h；烧结过程为：在1080℃～1100℃的条件下烧结5～6h。

9.根据权利要求4所述的缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于：打磨抛光后的陶瓷薄片的厚度为0.10mm～0.20mm；煅烧过程为：在580℃～600℃的条件下煅烧20min～30min。

技术总结
本发明公开了一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷，该陶瓷的化学式为AgNb<subgt;x</subgt;Ta<subgt;0.1</subgt;O<subgt;0.5+2.5x</subgt;，其中的x为摩尔百分比，x的取值满足电中性。本发明还公开一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷制备方法。本发明提供的一种缺铌高储能铌酸银基无铅反铁电陶瓷及其制备方法，通过在铌位掺杂10％Ta<supgt;5+</supgt;的基础上，减少Nb<supgt;5+</supgt;的含量，制备出的高储能铌酸银基陶瓷兼具高储能密度(6.1J/cm<supgt;3</supgt;)、高储能效率(62％)、高击穿电场(317kV/cm)、高极化强度(54μC/cm<supgt;2</supgt;)的优势，能够降低掺杂离子的掺杂量，减少材料浪费，同时能够显著提高反铁电陶瓷储能性能。

技术研发人员：郭艳艳,张左,樊奕,胡海威
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13