[发明专利]一种高电卡效应的无铅陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态制冷及能量收集装置用的高电卡效应陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人类面临着日益严重的环境问题，对制冷设备提出了无氟利昂、静音和高能量转换效率等要求，而高电卡效应材料有望在固态制冷装置得到应用。同时，由于该效应是可逆的，因此可以用其拟效应来制备能量收集装置。目前，高电卡效应材料主要集中在氧化物及高聚合物薄膜中，但由于其制冷容量太低，因此需要开发高电卡效应的陶瓷材料。可惜的是，高电卡效应陶瓷材料均含有大量的铅离子，存在破坏环境的问题，因此开发高电卡效应无铅陶瓷成为了急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为固态制冷及能量收集装置的开发提供一种具有室温高电卡效应的无铅陶瓷及其制备方法。

本发明的高电卡效应无铅陶瓷，它的成分为Ba_1-xSr_xTi_1-yMn_yO₃, 其中0.2 ≤ x ≤ 0.4, 0 ≤ y ≤ 0.03。

本发明的高电卡效应无铅陶瓷的制备方法，是采用放电等离子烧结法，步骤如下： 

首先，将纯BaCO₃，纯SrCO₃，纯TiO₂和纯MnO按权利要求1所述表达式的化学计量比称量，用研钵研磨混合后，在1000~1200^oC下空气气氛中预烧1~3小时合成粉末，然后将粉末装入石墨模具，利用放电等离子烧结系统在800~1000^oC下真空中烧结得到致密的陶瓷烧结体，最后将陶瓷烧结体在空气中1100~1200^oC下热处理1~3小时，得到高电卡效应的无铅陶瓷。

上述BaCO₃，SrCO₃，TiO₂和MnO的纯度均在99％以上。

发明的高电卡效应无铅陶瓷在室温附近的电卡效应在3~6.1K以上。采用放电等离子烧结方法制备，工艺简单。本发明的高电卡效应无铅陶瓷可广泛应用于环境友好的固态冷却和能量回收装置。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明。

发明的高电卡效应无铅陶瓷的表达式为：

 Ba_1-xSr_xTi_1-yMn_yO₃，其中0.2 ≤ x ≤ 0.4, 0 ≤ y ≤ 0.03。

实施例：

制备方法：首先，将纯度均为99％以上的BaCO₃，SrCO₃，TiO₂和MnO按上述表达式的化学计量比称量，用研钵研磨混合后，在1100^oC下空气气氛中预烧3小时合成粉末，然后将粉末装入石墨模具，利用放电等离子烧结系统在900^oC下真空中烧结得到致密的陶瓷烧结体，最后将陶瓷烧结体在空气中1200^oC下热处理1小时，得到高电卡效应无铅陶瓷。

试验表明，在800^oC以下或1000^oC以上进行放电等离子烧结均不能得到致密的陶瓷，而在1100^oC以下或1200^oC以上进行热处理将导致材料电卡效应的下降。

将实施例制得的陶瓷样品研磨至厚度为0.3mm，并在样品两端涂上银电极后，在-40~70^oC用间接法测试其电卡效应。

表1给出了构成本发明的各成分含量以及它们的电卡效应最佳温度及数值，制备方法如同上述实施例。

在本实施例的所有成分中，当x = 0.3及y = 0.01时具有最佳性能：在20^oC时电卡效应为6.1K。

表l所示各成分含量，如采用传统烧结方法烧结，则所制得陶瓷的电卡效应均小于1K。